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文檔簡介
2.8現場總線技術知識與能力目標了解現場總線技術的優點1了解典型現場總線方式2了解CAN總線技術的應用3任務一了解現場總線技術的優點
現場總線技術是用于解決工業現場的智能化儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。任務一了解現場總線技術的優點節省硬件數量與投資節省安裝費用節省維護開銷用戶具有高度的系統集成主動性提高系統的準確性與可靠性傳感器總線設備總線現場總線任務二典型現場總線簡介現場總線abc
1.基金會現場總線
2.LonWorks
3.Profibus
4.CAN5.HART
任務二典型現場總線簡介任務三
CAN總線技術應用1、CAN總線的起源2、CAN總線的特點3、CAN總線的優勢4、CAN總線的基本工作原理5、CAN總線的數據幀6、CAN總線的位仲裁技術7、CAN總線的應用實例
現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,而且已經得到了廣泛的運用。目前這些系統有:ABS(防抱系統)、EBD(制動力分配系統)、EMS(發動機管理系統)、多功能數字化儀表、主動懸架、導航系統、電子防盜系統、自動空調和自動CD機等。1.CAN總線的起源
CAN總線的起源汽車發展的同時也帶來了諸多的問題:
(1)汽車電子技術的發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絡,實現相互之間的信息共享,既減少了線束,又可更好地控制和協調汽車的各個系統,使汽車性能達到最佳。這樣CAN總線就順其自然產生了。CAN總線的起源1、實時性
2、所傳遞過程數據較簡單(每個幀最多含8個字節的數據)
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、節點數:最多200個CAN節點,每個節點上可連有多個傳感器和執行元件
5、傳輸媒介:雙絞線
6、拓撲結構: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:多主結構/CSMA/CA
9、與別的網絡不同,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總線的優勢。3.CAN總線的優勢用線少、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CANCAN是一種世界標準的串行通訊協議,為數據高速公路確定統一的“交通”規則。跟其他總線一樣,CAN總線的通信也是通過一種類似于“會議”的機制實現的,只不過會議的過程并不是由一方(節點)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言順序報文會議議題ID參會人員身份節點參會人員局域網會議1、多個控制單元以并聯方式經收發器與總線連接。
2、每個控制單元都有權向總線發送信息(多主處理器結構)。
3、同一時刻只有一個控制單元向總線發送信息。其它的控制單元接收信息,其中一些控制單元對這些數據感興趣并采用這些數據,而另一些控制單元則可能不理會這些數據。
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:
數據幀(DataFrame):數據幀攜帶數據從發送器至接收器。
遠程幀(RemoteFrame):總線單元發出遠程幀,請求發送具有同一識別符的數據幀。
錯誤幀(ErrorFrame):任何單元檢測到總線錯誤就發出錯誤幀。
過載幀(OverloadFrame):過載幀用以在先行的和后續的數據幀(或遠程幀)之間提供一附加的延時。5.幀類型數據幀由7個不同的區域組成:幀起始(StartofFrame)、仲裁區域(ArbitrationField)、控制區域(ControlField)、數據區域(DataField)、CRC區域(CRCField)、應答區域(ACKField)、幀結尾(EndofFrame)。數據幀(1)幀起始
它標志數據幀或遠程幀的起始,由一個單獨的“顯性”位組成。只在總線空閑時,才允許節點發送信號。所有節點必須同步于首先開始發送信息的節點的幀起始前沿。
數據幀(2)仲裁區域
仲裁區域包括識別符(ID)和遠程發送請求位(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)。
數據幀標準幀(CAN2.0A)數據幀數據幀擴展幀(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送。
通常為:標準幀的報文總是比擴展幀的報文優先級高。支持擴展幀格式的CAN控制器(CANController)同樣也能發送和接收標準幀,當僅僅支持標準幀的CAN控制器被用在網絡上時,則只有標準幀能在整個網絡上傳送,擴展幀將不能被識別,但是會被當作標準幀處理。
RTR位:該位在數據幀里必須為“顯性”,而在遠程幀里必須為“隱性”。數據幀(3)控制區域
控制區域由6位組成,包括數據長度代碼和兩個將來作為擴展用的保留位。所發送的保留位必須為“顯性”。接收器接收所有由“顯性”和“隱性”組合在一起的位。數據長度代碼(DLC):數據長度代碼指示了數據場中字節數量。數據長度代碼由4位構成,數據幀允許數據字節數目范圍為0到8。數據幀數據長度代碼DLC確定數據字節的數目數據幀000181110701106101050010411003010021000100000DLC0DLC1DLC2DLC3DLC數據字節數目(4)數據區域
數據區域由數據幀中的發送數據組成。它可以為0~8個字節,每字節包含了8個位,首先發送最高有效位。數據幀(5)CRC區域
CRC區域包括CRC序列(CRCSEQUENCE),其后是CRC界定符(CRCDELIMITER)。CRC序列:由循環冗余碼求得的幀檢查序列最適用于位數低于127位〈BCH碼〉的幀。為進行CRC計算,被除的多項式系數由無填充位流給定,組成這些位流的成分是:幀起始、仲裁場、控制場、數據場(假如有),而15個最低位的系數是0。數據幀將此多項式被下面的多項式發生器除(其系數以2為模):
X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1
這個多項式除法的余數就是發送到總線上的CRC序列(CRCSEQUENCE)。為了實現這個功能,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據區域末尾都由無填充的位序列給定。在傳送或接收完數據區域的最后一位以后,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。數據幀(6)應答區域
應答區域長度為2個位,包含應答間隙(ACKSLOT)和應答界定符(ACKDELIMITER)。在應答場里,發送節點發送兩個“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(發送ACK信號)向發送器發送一“顯性”的位以示應答。數據幀應答間隙:所有接收到匹配CRC序列(CRCSEQUENCE)的節點會在應答間隙(ACKSLOT)期間用一“顯性”的位寫入發送器的“隱性”位來作出回答。
ACK界定符:ACK界定符是ACK區域的第二個位,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)。數據幀(7)幀結尾
每一個數據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。數據幀遠程幀標識符格式與數據幀標識符格式基本相同,只是不存在數據區域。并且遠程幀的RTR位是“隱性”的。因為它沒有數據區域,所以數據長度代碼的數值是不受制約的(可以標注為容許范圍里0到8的任何數值),此數值對應于數據幀的數據長度代碼。遠程幀
錯誤幀由兩個不同的區域組成。第一個區域用不同節點提供的錯誤標志(ERRORFLAG)疊加而成。第二個區域是錯誤界定符。
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個連續的“顯性”位組成。被動錯誤標志由6個連續的“隱性”的位組成,錯誤標志的形式破壞了從幀起始到CRC界定符的位填充規則,或者破壞了應答區域的固定形式。所有其他的節點由此檢測到錯誤條件并與此同時開始發送錯誤標志。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過載標志的傳送:
1.接收器的內部情況(此接收器對于下一數據幀或遠程幀需要有一延時)。
2.在間歇的第一和第二字節檢測到一個“顯性”位。
3.如果CAN節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,節點會發送一個過載幀(不是錯誤幀)。錯誤計數器不會增加。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送信息。如果在同一時刻有兩個以上的設備欲發送信息,就會發生數據沖突,CAN總線能夠實時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,此時任何一個節點都可以向總線發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點同時發送,就會產生競爭。CAN做了改進,是按位對標識符進行仲裁。各發送節點在向總線發送電平的同時,也對總線上的電平進行讀取,并與自身發送的電平進行比較,如果電平相同則繼續發送下一位,不同則停止發送,退出總線競爭。剩余的節點則繼續上述過程,直到總線上只剩下一個節點發送的電平,總線競爭結束,優先級最高的節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6應用實例
利用成熟模塊構成系統(華控RSM系列模塊)6應用實例
RSM01模數轉換模塊1.輸入通道數:8路雙端2.輸入范圍:-CV型:0~5V,1~5V-CI
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