CAN(控制器局域網(CAN)是壹種多主串行通信總線。基本設計規格要求高比特率、高抗電磁幹擾能力和檢測任何錯誤的能力。CAN在汽車上的應用有很多行業標準或國際標準，如ISO11992、ISO11783和汽車工程師協會的SAE J1939。CAN總線作為汽車的標準設備，已被納入整車設計。
CAN總線簡介
CAN通信協議規定了四種不同的幀格式，即數據幀、遠程幀、錯誤幀和過載幀。通信協調基於以下基本規則:總線訪問、仲裁、編碼/解碼、錯誤標記和過切標記。CAN遵循OSI模型。按照OSI基準模型，只有三層:物理層、數據鏈路層和應用層，但應用層仍然需要用戶自己定義。CAN總線作為壹種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡，廣泛應用於高速網絡到低成本多線網絡。比如在汽車發動機控制部件、ABS、防滑系統等應用中，CAN的比特率可以高達1Mbps。同時可以用在交通工具的電氣系統中，價格低廉，如電動車窗、聚光、座椅調節等。，以替換所需的硬件連接。其傳輸介質為雙絞線，最高通信速率可達1Mbps/40m，最遠直接傳輸距離可達10km/5kbps，最大掛鉤器件數可達110。CAN為多主工作模式，通信方式靈活，無需站點地址等節點信息，采用無損總線仲裁技術，滿足實時性要求。另外，CAN采用短幀結構傳輸信號，傳輸時間短，抗幹擾能力強。
CAN總線與其他通信協議的區別主要有兩個:壹是消息傳輸不包含目標地址，是基於全網廣播的。每個接收站根據報文中反映數據性質的標識符對報文進行過濾，具有在線和離線、即插即用、多站接收的特點；另壹方面，特別加強了數據安全性，以滿足控制系統和其他對數據要求較高的系統的需要。
在現代汽車設計中，CAN總線已經成為構建汽車網絡的壹種趨勢。由於汽車網絡直接與汽車內部的ECU相連，負責命令的傳遞、數據的傳輸和* * *的享受，其可靠性和穩定性與整車的性能密切相關。本文設計開發的是基於實驗條件的仿真平臺，節點間的通信通過點對點的CAN通信節點進行。實驗表明，其運行性能穩定可靠，但其實用性仍需進壹步研究和完善，程序的通信處理能力、糾錯能力和容錯能力有待進壹步提高。
例如:
CAN總線集成到嵌入式平臺中，在其ARM-EP9315和ARM-S3C2440嵌入式平臺上實現了CAN總線的功能！ARM嵌入式控制平臺具有開放性、高集成度、體積小、擴展性強、低功耗等特點，非常適合高清多媒體、車載設備、通信終端和網絡設備的應用。現在隨著CAN總線的實現，其在該領域的應用更加有效！
基於AT89C52單片機的CAN總線分布式測控系統的開發
1 CAN總線網絡的技術特點[1][2]
采用通信數據分組編碼，可實現多主工作模式，靈活的數據收發方式，可實現點對點、點對多點、全球廣播等多種傳輸方式。DCS結構中主機的例行測試和控制功能可以分散到各個智能節點，節點控制器將采集到的數據通過CAN適配器發送到總線，或者從總線上申請數據，這樣主機就可以從原來繁重的底層設備監控任務中解脫出來，進行更高級別的控制和管理功能，如故障診斷、優化和協調等。
采用非破壞性的基於優先級的總線仲裁技術，具有區分暫時性錯誤和永久性故障節點並自動分離故障節點的功能，使系統中其他節點的通信不受影響；同時，CAN具有高可靠性的錯誤幀自動重傳功能。
信號傳輸幀結構短(8字節)，實時性好；
節點可以在不關閉總線的情況下隨意附著或脫離，增強了系統的靈活性和可擴展性；
采用統壹的標準和規範，使所有設備具有良好的互操作性和互換性，系統具有良好的通用性；
通信介質可以是雙絞線，沒有特殊要求；現場布線和安裝簡單、易於維護且經濟實惠。
總之，CAN總線具有實時性強、可靠性高、結構簡單、互操作性好、價格低廉等優點，克服了傳統工業總線的缺陷，是構建分布式測控系統的有效解決方案。
2系統總體硬件設計方案
首先定義各節點的功能，確定各節點檢測或控制的量的數量、類型和信號特征。這是微機測控系統聯網的第壹步。原則是盡可能避免重復測試。智能節點模塊多為輸入輸出模塊，調節回路可以跨模塊形成回路。但考慮到調節回路的安全性，為了保證主機或整個通信線路出現重大故障時回路調節不受影響，設計了隔離、自整定PID、隔離溫度調節器等具有調節功能的模塊。它們的輸入輸出通道都在同壹個模塊中，其底層軟件的功能非常強大。所有的輸入處理、輸出增量的計算(可通過組態選擇多種調節算法，包括串級調節)和輸出，包括自校正模塊過程參數的自動識別，都在該模塊中實現，保證了調節回路的安全可靠。
其次，選擇每個節點控制器和相應的CAN適配器。由於各測控節點功能相對單壹，數據量小，對CPU的要求大大降低，8051系列單片機即可滿足要求。CAN總線適配器主要包括:控制器接口、總線收發器和I/O設備。采用飛利浦公司生產的82C200CAN控制器及其配套的82C250CAN收發器。82C200具有完成高性能通信協議所需的所有必要特性。82C200通過簡單的總線連接可以完成物理層和數據鏈路層的所有功能。
最後，根據CAN總線物理層協議，選擇總線介質，設計布線方案，連接CAN總線分布式測控網絡。如圖1所示。
3系統的硬件組成[3][4][5]
(1)CAN總線接口模塊
①微處理器
目前廣泛流行的CAN總線設備有兩種:壹種是獨立的CAN控制器，如82C200、SJA1000、Intel 82526/82527；另壹種是帶芯片CAN的微控制器，如P8XC582和16位微控制器87C196CA/CB。根據當前市場的實際需求、開發工具和課題，系統的智能節點均選擇ATMEL 8位微控制器AT89C52作為微處理器。
② CAN控制器
CAN控制器選擇SJA1000作為控制器。SJA1000是壹款高度集成的CAN控制器。它具有多主結構、總線訪問優先權、分組和廣播消息功能以及硬件過濾功能。輸入時鐘頻率為16MHh時鐘，輸出可編程。它由以下幾個部分組成:接口管理邏輯、發送緩沖區、接收緩沖區、比特流處理器、位定時邏輯、收發器邏輯、錯誤管理邏輯、控制器接口邏輯等。
SJA1000有很多新功能:收發標準結構和擴展結構消息；64字節接收FIFO；標準和擴展幀格式都有單/雙接收濾波器；具有讀/寫權限的錯誤計數器；錯誤報警上限:最新的錯誤代碼寄存器；每個CAN總線錯誤都會產生壹個錯誤中斷；具有丟失仲裁定位功能的丟失仲裁中斷；單引擎模式(仲裁丟失或出錯時不重新傳輸)；只聽模式(監控CAN總線，無響應，無錯誤標誌)；支持熱插拔(無幹擾軟件驅動比特率監控)。因此，系統的智能節點都選擇SJA1000作為CAN控制器。
③ CAN總線收發器
CAN總線收發器選用PCA82C250。PCA82C250是CAN協議控制器和物理總線之間的接口。82C250可以為總線提供不同的發送性能，為CAN控制器提供不同的接收性能。並且完全兼容“ISO 11898”標準。PCA82C250的作用是增加通信距離，提高系統的瞬時抗幹擾能力，保護總線，降低射頻幹擾(RFI)，實現熱保護。為了進壹步提高抗幹擾措施，在兩個CAN設備之間使用了由高速隔離器件6N137組成的隔離電路。CAN設備和微處理器之間的硬件連接如圖2所示。
硬件電路的設計並不太難，但有幾點需要註意:
總線兩端120ω的兩個電阻在匹配總線幹擾方面起著非常重要的作用。忽略它們會大大降低數據通信的抗幹擾性和可靠性，甚至無法通信。
82C50的8腳與地之間的電阻Rs稱為斜坡電阻，其值決定了系統是處於高速工作模式還是斜坡控制模式。將此引腳直接接地，系統將處於高速工作模式。在這種模式下，為了避免射頻幹擾，建議使用屏蔽電纜作為總線。但在波特率較低，總線較短的情況下，壹般采用斜坡控制方式，上升和下降的斜坡取決於人民的阻力。實驗數據表明，15 ~ 200 kω是Rs的理想範圍，在這種模式下，可以使用平行線或雙絞線作為總線。
SJA1000的TX1引腳懸空，RX1引腳的電位必須維持在0.5Vcc左右，否則無法形成CAN協議要求的電平邏輯。如果系統傳輸距離短，環境幹擾小，則不需要電流隔離，使82C250的VREF端(約0.5 Vcc)可以直接與RX1引腳相連，簡化了電路。
在系統中，SJA1000的片選信號壹般是通過解碼地址總線得到的，並據此確定CAN控制器的寄存器地址。在實際應用中，采用AT89C52的P2.7作為片選信號。所以SJA1000的地址是7F00~7F32H。
上電復位時，AT89C52的上電復位需要由低到高的電平變化才能激活，而SJA1000的1000引腳的RST激活，需要由高電平跳變到低電平。因此，必須添加壹個逆變器。
(2)數據采集模塊
數據采集模塊用於將各種傳感器的數據傳輸到CAN總線。整個電路包括:看門狗X5045、微控制器89C52、鎖存器74LS373、A/D轉換器ADC0809、CAN控制器SJA1000和收發器82C250。電路板如圖3所示。
數據采集模塊的工作原理:各種傳感器采集數據後，將0-5v的模擬量傳輸給ADC0809，ADC 0809將轉換後的數字量傳輸給89C52。最後單片機將采集到的數據發送到SJA1000，通過CAN總線收發器82C250傳輸到總線上，完成數據采集。
(3)控制模塊
它是壹個具有CAN通信功能的隔離控制器。該模塊具有數據輸入點和模擬輸出，數據輸入點可以是命令或其他信號，模擬輸出由輸出致動器連續變化的控制系統使用，例如控制步進電機；還有壹個數字輸出，用於帶雙位執行器的控制系統，如開關設備。這個控制器可以單獨作為調節器使用，因為模塊提供了完整的顯示窗口和操作按鈕，可以設置溫度設定值、PID調節參數等，可以顯示運行時被控對象的PV值和SV值。該模塊可以根據設定的控制點和上升下降時間實現自動調節。有了CAN通訊口，就可以和微機通訊，也就是說控制模塊可以接入CAN網絡系統。通過上位機為多個節點上的控制模塊設置上下控制點、各控制點的PID值、執行時間等控制參數，並實時記錄各控制器的測量值，繪制變化曲線供實驗人員分析實驗結果。如圖4所示。
4系統軟件設計
(1)CAN總線通信模塊
CAN總線測控系統的通信軟件分為三部分:CAN初始化、數據發送和數據接收。
① CAN初始化
它主要設置CAN的通信參數。需要初始化的寄存器包括:模式寄存器(Peli CAN模式)、時分寄存器、接收碼寄存器、屏蔽寄存器、總線時序寄存器、輸出控制寄存器等。需要註意的是，這些寄存器只能在復位期間被訪問，所以在初始化這些寄存器之前，需要確保系統已經進入復位狀態，並且系統中所有CAN控制器的總線時序寄存器的初始化字必須相同。
②數據傳輸
現場的傳感器將環境多參數檢測信號(數字量、模擬量、開關量)轉換後發送到CAN控制器的發送緩沖區，然後啟動CAN控制器的發送命令。此時，CAN控制器將自動向總線發送數據，而無需傳感器的微控制器的幹預。如果系統中多個傳感器CAN控制器同時向總線發送數據，則CAN控制器通過信息幀中的標識符進行仲裁，標識符值最小的CAN控制器擁有使用總線的優先權。
③數據接收
整個溫室微機測控系統中的CAN控制器檢測到總線上有數據時，會自動接收總線上的數據並存儲在其接收緩沖區中，並向89C52單片機發送接收中斷，啟動中斷接收服務程序。通過執行中斷接收服務程序，89C52從CAN控制器的接收緩沖器中讀取數據並進壹步處理。
(2)監控模塊
它集數據采集、參數設置和數據統計分析於壹體。同時，為了實現操作人員在生產過程中的手動幹預，如修改給定值、控制參數、報警限等，增加了參數修改功能；為了建立人機信息聯系，以圖形、圖表或其他動態方式顯示各節點傳輸的數據，本系統可以使用任何具有DDE(動態數據交換)接口的MMI(人機界面)軟件；為了更好地管理各種數據，采用了組態控制方式，可以接收來自MMI軟件和用戶軟件的DDE連接請求，並將請求傳送給通信驅動程序，通信驅動程序將其轉換成通信信號，通過傳輸介質傳送給智能模塊的固化軟件。模塊的響應作為DDE操作的結果返回給MMI軟件和用戶軟件。
5結論
將先進的現場總線技術(CAN總線)應用到智能測控系統中，大大提高了系統的可靠性。自主開發符合國際標準的基於單片機的智能節點，不僅可以節省大量資金，還可以采購常見的同類設備，可以節省大量研發費用；基於工控機的上位機提供了良好的人機界面，使操作更加方便直觀。