2.8現(xiàn)場總線技術知識與能力目標了解現(xiàn)場總線技術的優(yōu)點1了解典型現(xiàn)場總線方式2了解CAN總線技術的應用3任務一了解現(xiàn)場總線技術的優(yōu)點

現(xiàn)場總線技術是用于解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀表、控制器、執(zhí)行機構等現(xiàn)場設備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。任務一了解現(xiàn)場總線技術的優(yōu)點節(jié)省硬件數(shù)量與投資節(jié)省安裝費用節(jié)省維護開銷用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動性提高系統(tǒng)的準確性與可靠性傳感器總線設備總線現(xiàn)場總線任務二典型現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線abc

1.基金會現(xiàn)場總線

2.LonWorks

3.Profibus

4.CAN5.HART

任務二典型現(xiàn)場總線簡介任務三

CAN總線技術應用1、CAN總線的起源2、CAN總線的特點3、CAN總線的優(yōu)勢4、CAN總線的基本工作原理5、CAN總線的數(shù)據(jù)幀6、CAN總線的位仲裁技術7、CAN總線的應用實例

現(xiàn)代社會對汽車的要求不斷提高，這些要求包括：極高的主動安全性和被動安全性；乘坐的舒適性；駕駛與使用的便捷和人性化；尤其是低排放和低油耗的要求等。

在汽車設計中運用微處理器及其電控技術是滿足這些要求的最好方法，而且已經(jīng)得到了廣泛的運用。目前這些系統(tǒng)有：ABS（防抱系統(tǒng)）、EBD（制動力分配系統(tǒng)）、EMS（發(fā)動機管理系統(tǒng)）、多功能數(shù)字化儀表、主動懸架、導航系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)、自動空調(diào)和自動CD機等。1.CAN總線的起源

CAN總線的起源汽車發(fā)展的同時也帶來了諸多的問題：

（1）汽車電子技術的發(fā)展汽車上電子裝置越來越多汽車的整體布置空間縮小

（2）傳統(tǒng)電器設備多為點到點通信導致了龐大的線束

（3）大量的連接器導致可靠性降低。粗大的線束與汽車中有限的可用空間之間的矛盾越來越尖銳，電纜的體積、可靠性和重量成為越來越突出的問題，而且也成為汽車輕量化和進一步電子化的最大障礙，汽車的制造和安裝也變得非常困難。

（4）存在冗余的傳感器。Volvo汽車近三十年來線束增長的情況CAN總線的起源于是人們就想通過總線將汽車上的各種電子裝置與設備連成一個網(wǎng)絡，實現(xiàn)相互之間的信息共享，既減少了線束，又可更好地控制和協(xié)調(diào)汽車的各個系統(tǒng)，使汽車性能達到最佳。這樣CAN總線就順其自然產(chǎn)生了。CAN總線的起源1、實時性

2、所傳遞過程數(shù)據(jù)較簡單（每個幀最多含8個字節(jié)的數(shù)據(jù)）

總線長度：40m至1km

3、傳輸速率：最大1Mbd(總線長度為40m)，5Kbd(總線長度至1km)

4、節(jié)點數(shù)：最多200個CAN節(jié)點，每個節(jié)點上可連有多個傳感器和執(zhí)行元件

5、傳輸媒介：雙絞線

6、拓撲結(jié)構：總線型

7、通過多種錯誤檢測機制，保證較高的傳輸安全性

8、總線訪問方式：多主結(jié)構/CSMA/CA

9、與別的網(wǎng)絡不同，CAN-Bus上的工作站沒有具體的地址，而是通過標識符確定各自的身份，同時標識符還決定了各工作站的優(yōu)先級2.CAN總線的特點對比下面兩張圖，就能很清晰的明白采用CAN總線的優(yōu)勢。3.CAN總線的優(yōu)勢用線少、重量輕、空間小、接口簡單、維修診斷方便等。4.CAN總線的基本工作原理Controller控制器Area局域Network網(wǎng)CANCAN是一種世界標準的串行通訊協(xié)議，為數(shù)據(jù)高速公路確定統(tǒng)一的“交通”規(guī)則。跟其他總線一樣，CAN總線的通信也是通過一種類似于“會議”的機制實現(xiàn)的，只不過會議的過程并不是由一方（節(jié)點）主導，而是，每一個會議參加人員都可以自由的提出會議議題（多主通信模式），二者對應關系如下：4.CAN總線的基本工作原理仲裁發(fā)言順序報文會議議題ID參會人員身份節(jié)點參會人員局域網(wǎng)會議1、多個控制單元以并聯(lián)方式經(jīng)收發(fā)器與總線連接。

2、每個控制單元都有權向總線發(fā)送信息（多主處理器結(jié)構）。

3、同一時刻只有一個控制單元向總線發(fā)送信息。其它的控制單元接收信息，其中一些控制單元對這些數(shù)據(jù)感興趣并采用這些數(shù)據(jù)，而另一些控制單元則可能不理會這些數(shù)據(jù)。

4.CAN總線的基本工作原理4.CAN總線的基本工作原理報文傳輸格式按功能分可以具體分為以下四種：

數(shù)據(jù)幀（DataFrame）：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。

遠程幀（RemoteFrame）：總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀。

錯誤幀（ErrorFrame）：任何單元檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。

過載幀（OverloadFrame）：過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）之間提供一附加的延時。5.幀類型數(shù)據(jù)幀由7個不同的區(qū)域組成：幀起始（StartofFrame）、仲裁區(qū)域（ArbitrationField）、控制區(qū)域（ControlField）、數(shù)據(jù)區(qū)域（DataField）、CRC區(qū)域（CRCField）、應答區(qū)域（ACKField）、幀結(jié)尾（EndofFrame）。數(shù)據(jù)幀（1）幀起始

它標志數(shù)據(jù)幀或遠程幀的起始，由一個單獨的“顯性”位組成。只在總線空閑時，才允許節(jié)點發(fā)送信號。所有節(jié)點必須同步于首先開始發(fā)送信息的節(jié)點的幀起始前沿。

數(shù)據(jù)幀（2）仲裁區(qū)域

仲裁區(qū)域包括識別符（ID）和遠程發(fā)送請求位（RTR）。標示符（ID）：標示符的長度為11位或29位。含有11位標示符的幀稱為標準幀（CAN2.0A）；含有29位標示符的幀稱為擴展幀（CAN2.0B）。

數(shù)據(jù)幀標準幀（CAN2.0A）數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀擴展幀（CAN2.0B）標準幀與擴展幀的不同還來自于對標識符擴展（IDE）位的使用，當其位于RTR位之后且為顯性時，則報文作為標準幀來發(fā)送，而當其位于RTR位之前且為隱性時則報文作為擴展幀來發(fā)送。

通常為：標準幀的報文總是比擴展幀的報文優(yōu)先級高。支持擴展幀格式的CAN控制器（CANController）同樣也能發(fā)送和接收標準幀，當僅僅支持標準幀的CAN控制器被用在網(wǎng)絡上時，則只有標準幀能在整個網(wǎng)絡上傳送，擴展幀將不能被識別，但是會被當作標準幀處理。

RTR位：該位在數(shù)據(jù)幀里必須為“顯性”，而在遠程幀里必須為“隱性”。數(shù)據(jù)幀（3）控制區(qū)域

控制區(qū)域由6位組成，包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個將來作為擴展用的保留位。所發(fā)送的保留位必須為“顯性”。接收器接收所有由“顯性”和“隱性”組合在一起的位。數(shù)據(jù)長度代碼（DLC）：數(shù)據(jù)長度代碼指示了數(shù)據(jù)場中字節(jié)數(shù)量。數(shù)據(jù)長度代碼由4位構成，數(shù)據(jù)幀允許數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目范圍為0到8。數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)長度代碼DLC確定數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)目數(shù)據(jù)幀000181110701106101050010411003010021000100000DLC0DLC1DLC2DLC3DLC數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目（4）數(shù)據(jù)區(qū)域

數(shù)據(jù)區(qū)域由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為0～8個字節(jié)，每字節(jié)包含了8個位，首先發(fā)送最高有效位。數(shù)據(jù)幀（5）CRC區(qū)域

CRC區(qū)域包括CRC序列（CRCSEQUENCE），其后是CRC界定符（CRCDELIMITER）。CRC序列：由循環(huán)冗余碼求得的幀檢查序列最適用于位數(shù)低于127位〈BCH碼〉的幀。為進行CRC計算，被除的多項式系數(shù)由無填充位流給定，組成這些位流的成分是：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場（假如有），而15個最低位的系數(shù)是0。數(shù)據(jù)幀將此多項式被下面的多項式發(fā)生器除（其系數(shù)以2為模）：

X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1

這個多項式除法的余數(shù)就是發(fā)送到總線上的CRC序列（CRCSEQUENCE）。為了實現(xiàn)這個功能，可以使用15位的位移寄存器CRC_RG（14:0）。如果用NXTBIT標記指示位流的下一位，它由從幀的起始到數(shù)據(jù)區(qū)域末尾都由無填充的位序列給定。在傳送或接收完數(shù)據(jù)區(qū)域的最后一位以后，CRC_RG包含有CRC序列。CRC序列之后是CRC界定符，它包含一個單獨的“隱性”位。數(shù)據(jù)幀（6）應答區(qū)域

應答區(qū)域長度為2個位，包含應答間隙（ACKSLOT）和應答界定符（ACKDELIMITER）。在應答場里，發(fā)送節(jié)點發(fā)送兩個“隱性”位。當接收器正確地接收到有效的報文，接收器就會在應答間隙（ACKSLOT）期間（發(fā)送ACK信號）向發(fā)送器發(fā)送一“顯性”的位以示應答。數(shù)據(jù)幀應答間隙：所有接收到匹配CRC序列（CRCSEQUENCE）的節(jié)點會在應答間隙（ACKSLOT）期間用一“顯性”的位寫入發(fā)送器的“隱性”位來作出回答。

ACK界定符：ACK界定符是ACK區(qū)域的第二個位，并且是一個必須為“隱性”的位。因此，應答間隙（ACKSLOT）被兩個“隱性”的位所包圍，也就是CRC界定符（CRCDELIMITER）和ACK界定符（ACKDELIMITER）。數(shù)據(jù)幀（7）幀結(jié)尾

每一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀均可由一標志序列界定。這個標志序列由7個“隱性”位組成。數(shù)據(jù)幀遠程幀標識符格式與數(shù)據(jù)幀標識符格式基本相同，只是不存在數(shù)據(jù)區(qū)域。并且遠程幀的RTR位是“隱性”的。因為它沒有數(shù)據(jù)區(qū)域，所以數(shù)據(jù)長度代碼的數(shù)值是不受制約的（可以標注為容許范圍里0到8的任何數(shù)值），此數(shù)值對應于數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度代碼。遠程幀

錯誤幀由兩個不同的區(qū)域組成。第一個區(qū)域用不同節(jié)點提供的錯誤標志（ERRORFLAG）疊加而成。第二個區(qū)域是錯誤界定符。

有兩種形式的錯誤標志，主動錯誤標志（Activeerrorflag）和被動錯誤標志（Passiveerrorflag）。

主動錯誤標志由6個連續(xù)的“顯性”位組成。被動錯誤標志由6個連續(xù)的“隱性”的位組成，錯誤標志的形式破壞了從幀起始到CRC界定符的位填充規(guī)則，或者破壞了應答區(qū)域的固定形式。所有其他的節(jié)點由此檢測到錯誤條件并與此同時開始發(fā)送錯誤標志。錯誤幀過載幀包括兩個位域：過載標志和過載界定符。

有三種過載的情況，這三種情況都會引發(fā)過載標志的傳送：

1.接收器的內(nèi)部情況（此接收器對于下一數(shù)據(jù)幀或遠程幀需要有一延時）。

2.在間歇的第一和第二字節(jié)檢測到一個“顯性”位。

3.如果CAN節(jié)點在錯誤界定符或過載界定符的第8位（最后一位）采樣到一個顯性位，節(jié)點會發(fā)送一個過載幀（不是錯誤幀）。錯誤計數(shù)器不會增加。過載幀5位仲裁技術

CAN總線使用的是一種叫做“載波監(jiān)測，多主掌控/沖突避免”的通信模式。這就允許在總線上的任一設備有一定的機會取得總線的控制權來向外發(fā)送信息。如果在同一時刻有兩個以上的設備欲發(fā)送信息，就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，CAN總線能夠?qū)崟r地檢測這些沖突情況并做出相應的仲裁，而使得獲得仲裁的信息幀不受任何損壞的繼續(xù)傳送。5位仲裁技術

CAN總線當總線空閑時呈隱性電平，此時任何一個節(jié)點都可以向總線發(fā)送一個顯性電平作為一個幀的開始。如果有兩個或兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送，就會產(chǎn)生競爭。CAN做了改進，是按位對標識符進行仲裁。各發(fā)送節(jié)點在向總線發(fā)送電平的同時，也對總線上的電平進行讀取，并與自身發(fā)送的電平進行比較，如果電平相同則繼續(xù)發(fā)送下一位，不同則停止發(fā)送，退出總線競爭。剩余的節(jié)點則繼續(xù)上述過程，直到總線上只剩下一個節(jié)點發(fā)送的電平，總線競爭結(jié)束，優(yōu)先級最高的節(jié)點獲得了總線的使用權。5位仲裁技術例：3個CAN消息幀在總線上的競爭情況6應用實例

基于CAN-bus總線的家庭主機主要功能圖§3.4應用實例

6應用實例

基于CAN總線的智能小區(qū)6應用實例

利用成熟模塊構成系統(tǒng)（華控RSM系列模塊）6應用實例

RSM01模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊1.輸入通道數(shù)：8路雙端2.輸入范圍：-CV型：0～5V,1～5V-CI