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現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)以其獨有的技術(shù)優(yōu)勢和特點(diǎn)，在現代分布式測量與控制技術(shù)領(lǐng)域中的應用已愈來(lái)愈廣泛。各種現場(chǎng)總線(xiàn)的主控制器一般都內嵌有相當完善的、開(kāi)放式的互聯(lián)通信協(xié)議，它具有通信速度快、誤碼率低、開(kāi)發(fā)設計簡(jiǎn)單及網(wǎng)絡(luò )使用維護方便等諸多特點(diǎn)，是實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化現場(chǎng)測量與控制技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。但目前，在許多現場(chǎng)已投入使用的測量與控制系統中，各儀器設備或裝置之間通信所使用的仍是傳統的RS-485或RS-422總線(xiàn)。在不斷投入新型現場(chǎng)總線(xiàn)系統的同時(shí)，要在短期內改造或淘汰那些舊系統是不現實(shí)的。況且，在許多應用場(chǎng)合，新老系統中主機的控制算法及功能是相似或兼容的，所以在一定時(shí)欷新老總線(xiàn)系統同時(shí)并存是客觀(guān)的現實(shí)需要。對此，若能將新老儀器設備或裝置通過(guò)一種透明轉換裝置而有機地柔合在一起，去掉老系統中重復的部分，是一種很好的選擇。 1 CANbus簡(jiǎn)述 CAN現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是德國B(niǎo)OSCH公司于80年代初為解決現代汽車(chē)業(yè)眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)，目前已逐步應用到其它領(lǐng)域的一種符合國際標準的串行數據通信協(xié)議。CAN的主要技術(shù)特點(diǎn)有： [img]file:///C:/Documents%20and%20Settings/conniede/Local%20Settings/Temporary%20Internet%20Files/Content.IE5/7MHE9CEX/20100804220818159[1].gif[/img] （1）對等網(wǎng)絡(luò )結構，網(wǎng)絡(luò )上任意節點(diǎn)可在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò )其它節點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從，通信方式靈活。 （2）采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)可以分成不同的優(yōu)先級，當多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò )上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級低的節點(diǎn)主動(dòng)暫停數據發(fā)送，而優(yōu)先級高的節瞇可不受影響地繼續傳送數據。之后，按優(yōu)先級高低，其它節點(diǎn)在總線(xiàn)空閑時(shí)依次進(jìn)行被暫停的數據傳送，有效地避免了總線(xiàn)沖突。 （3）每一幀的有效字節數最多為8個(gè)，幀傳送時(shí)間短，受干擾概率小，重發(fā)時(shí)間短。每一幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施，通信誤碼率低。 （4）網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的錯誤嚴重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)接口的功能，避免影響總線(xiàn)上的其它節點(diǎn)的正常操作。 （5）通信距離最遠達10km(5kB/s)，通信速率最高可達到1MB/s(40M)，節點(diǎn)數目實(shí)際可達110個(gè)。通信介質(zhì)采用雙絞線(xiàn)，也可用光纖。 2 實(shí)現方法 CAN 現場(chǎng)總線(xiàn)與RS-485總線(xiàn)的主要區別是：CAN總線(xiàn)是以幀為單位進(jìn)行數據通信的，且每幀均攜帶對應的ID標示符，而RS-485是以字節為單位進(jìn)行數據通信，不帶任何其它附屬信息。如果不考慮幀中的ID標示符，那么這二種總線(xiàn)傳輸的信息就可以認為完全相同�？紤]到絕大多數應用CAN總線(xiàn)的場(chǎng)合都不可能分配完系統中的ID標示符資源，因而在系統中可以另分配一至多個(gè)ID標示符給RS-485總線(xiàn)數據，即給總線(xiàn)透明轉換電路所用，收、發(fā)數據的ID標識符可以不相同。CAN總線(xiàn)系統中的公用主控設備一般被設置成直通狀態(tài)，它可通過(guò)發(fā)送、接收具有不同ID標示符的不同數據幀，方便地對網(wǎng)絡(luò )中的各種設備進(jìn)行管理和控制。對那些純粹靠幀數據本身而忽略ID標志符的系統來(lái)說(shuō)，這種不同總線(xiàn)之間的轉換更加簡(jiǎn)單。 實(shí)現二種總線(xiàn)之間的透明轉換的基本過(guò)程是這樣的：電路加電進(jìn)入正常狀態(tài)后，首先以電路中保存的參數（如未初始化則以缺省參數）對二個(gè)總線(xiàn)通信端口分別進(jìn)行初始化，并將所有通訊端口設置成中斷接收工作方式，在啟動(dòng)內部看門(mén)狗（SWatchdog）后，電路等待外來(lái)數據的中斷。一旦某一總線(xiàn)端口有有效數據進(jìn)入，電路首先將這些數據讀入內部數據緩沖區，置相關(guān)內部標志，關(guān)閉其它端口的中斷，以使接收端數據能及時(shí)被接收到。在下一數據到來(lái)之前，電路將及時(shí)通過(guò)另一端口將緩沖區中的數據轉發(fā)出卻，直到緩沖區空。在這種轉換過(guò)程中，如果數據是自CANBUS一端流入，則電路只將幀內數據讀入到緩沖區。相反，則電路在轉發(fā)數據之前自動(dòng)按設置將設定ID標示符加到發(fā)送信息中，一旦轉換過(guò)程結束，所有端口又被允許中斷接收。電路中緩沖區一般可配置8k～32K字節的靜態(tài) RAM。 [img]file:///C:/Documents%20and%20Settings/conniede/Local%20Settings/Temporary%20Internet%20Files/Content.IE5/7MHE9CEX/20100804220818160[1].gif[/img] 在未進(jìn)入轉換工作時(shí)，電路允許參數設置端口的設置中斷進(jìn)入。參數設置包括：設置RS-485的通信波特率（當然端口數據格式也可設）；設置CANBUS的通信波特率、接收碼（accept-code）、屏蔽字（mask-code）、發(fā)送標示符。參數設置好后將立即生效，通過(guò)該端口還可查詢(xún)當前電路中的各運行參數值。電路工作的主工流程圖如圖1所示。 3 實(shí)際電路 圖2 是一種可選的線(xiàn)路原理示意圖。電路中使用的單片機是ATMEL傳頌的AT89S8252，它是一種內帶8K Flash RAM、2K EEPROM、同時(shí)內嵌獨立的硬件Watchdog電路，最高工作主頻為24MHz的新型單片機。所配數據緩沖器62256為32K字節的靜態(tài)RAM。配置較大緩沖區的明顯好處是提高了對二種不同速率總線(xiàn)的適應能力。圖中RS232口是專(zhuān)用來(lái)設置二總線(xiàn)端口的工作參數，所設參數均保存在CPU的2K EEPROM中。另外，為提供線(xiàn)路的可靠性，對CANBUS端采和了電隔離措施，RS-485端所使用的MAX1480也是一種內部電隔離的芯片。圖中 VCC與VCC1為相互隔離的二組5V電源。 對于那些對總線(xiàn)響應速率要求比較荷刻的場(chǎng)合，可采用雙CPU控制電路，即每個(gè)CPU分別負責一端總線(xiàn)的通信事務(wù)。數據緩沖區仍采用公用的單口或雙口RAM。相應的控制算法必須增加一些有關(guān)對公共數據區的管理操作，在此不做詳述。 以上電路多適用于二種總線(xiàn)并存于同一系統的場(chǎng)合，以實(shí)現二種總線(xiàn)之間的有機結合，使新老設備能很好地同時(shí)運行，節省系統開(kāi)支。這種透明轉換電路在已研制的分布式數據采集系統中應用以后，效果良好。 對以上電路稍做修改，即將MAX1480換成MAX232芯片就可設計出一種能在CAN現場(chǎng)總線(xiàn)與RS-232之間實(shí)現透明轉換的電路。這種電路可用于那些需要用便攜機與現場(chǎng)設備之間實(shí)現通信（如現場(chǎng)調試等）的場(chǎng)合，因為目前便攜機一般只配RS-232接口。另外，如將電路的二個(gè)總線(xiàn)端口設計成相同的接口，那么它還可以用在使用同一種總線(xiàn)，但不同的區域卻有不同通信速率的應用場(chǎng)合。 對于那些首次接觸CANBUS技術(shù)的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，以上電路還是一種很好的端點(diǎn)開(kāi)發(fā)輔助設備，即開(kāi)發(fā)人員只要對該電路設置合適的端口參數，并將用戶(hù)電路與之連接好后，開(kāi)發(fā)人員即可在一相對熟悉的環(huán)境下專(zhuān)心開(kāi)發(fā)自己的應用電路。 |
