can总线视野之工业现场数值收集体系设计

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1、CAN总线视野之工业现场数值收集体系设计1绪论1.1课题背景和意义随着人类社会步入信息时代，人们的日常生活以及工业领域与信息技术联系的日益紧密。信息技术是指在信息科学的基本原理和方法的指导下扩展人类信息功能的技术，是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。信息技术中的主要技术为以下三项：信息获取技术、计算机技术和通信技术。其中，最为基础的是信息获取技术，因为只有当获取到的最初始信息是有效可靠的前提下，后期的数据通信传输和决策才有实际的指导意义。而在信息获取的众多手段和途径中，数据采集是最为主要的[1]。数据采集DAQ（DataAcquisition）是指将被测量对象的各种模拟量，

2、比如振动、压力、加速度、角度、光强等，通过各种专用的传感器，比如压电传感器、倾角传感器，加速度计，转换为模拟电信号，再将转换得到的模拟电信号经过信号调理、采样、量化和编码之后转换为数字信号，并传输到计算机系统中完成数据显示、存储和分析等操作[2][3]。从数据采集的定义可以看出，整个过程涉及到众多的领域和学科，比如物理，传感器技术，信号与系统，数字信号处理，通信原理和计算机技术等[4]。当前我国正处在工业化发展中期，工业化进程尚未完成，与此同时信息化在全球范围内迅速发展。随着现代微电子技术和信息科学技术的迅猛发展，世界范围内的工业生产由传统的生产方式逐步向信息化、智能化的方向转变。近几

3、年来，随着我国信息化建设的不断深入，各行各业中对生产自动化、仪表智能化、设备可靠性等性能指标提出了越来越高的要求，对数字化设备、智能装备的需求日益增加。随着工业环境越来越复杂，现场设备越来越多，工业自动化技术也在日新月异。1.2国内外现状和发展趋势数据采集技术是伴随着数据采集系统的应用与发展而诞生的，至今已经历经了4个阶段，最初于上个世纪50年代出现，当时是由美国研发并应用于军事上的数据采集测试系统。研发这个系统的目的是：不依靠相关测试文件，使非精通测试的工作人员通过设置采集系统的测试列表，由系统自动且高速执行设置过的测试工作的目的。由于这种数据采集测试系统使用灵活，执行速度快，解决了

4、许多传统测试方法无法实现的任务，因而得到初步的认可。此后，发展很缓慢，一直到了上世纪60年代末，国外市场上才开始出现成套的数据采集系统，但此时的设备和系统都是专用系统，由于应用面过窄，并未在工业生产中广泛应用[11]。第二阶段，伴随着在70年末微型机的发展，出现了集计算机、采集设备和仪器仪表为一体的数据采集系统。这种系统的性能远超过去的单一自动检测仪表和60年代末出现的专用采集系统，主要使用在在工业现场和实验室，因为性能良好，数据采集系统前景被市场所看好。第三阶段，当计算机于上世纪80年代得到普及和应用之后，计算机立刻被用于数据采集系统的中，出现了通用的数据采集与自动测试系统。在这个时

5、期的数据采集系统主要有两类：第一类主要应用于实验室，由仪器仪表、采集器，接口总线和主控计算机等构成，这类系统最典型代表是基于通用接口总线GPIB（General-PurposeInterfaceBus）的数据采集系统；第二类系统主要应用于工业现场，这类系统由数据采集卡、标准总线和主控计算机构成，数据采集卡可以像电脑板卡一样安装在专用机箱中由一台计算机控制，这类系统使用非常灵活，这一类的典型代表是基于STD总线的采集系统[12]。80年代末，伴随着当时微电子技术的迅猛发展，数据采集系统出现了以工业计算机、单片机和大规模集成电路构成的新结构，结合相关管理软件，系统的性能得到了极大的提高，而

6、体积和成本极大减小，应用范围也随之逐步扩大。2CAN总线技术2.1CAN总线特点CAN总线协议是当今在汽车、工业自动化和楼宇自动化使用最广的串行通信协议，现在使用的协议为CAN总线协议Version2.0。这个协议规范由2.0A和2.0B两个相关联的部分组成，其中的2.0A规范是在最初的CAN技术规范Version1.2的基础上制定的，采用了Version1.2的报文格式；2.0B则是在2.0A的基础上增加了标准报文格式和扩展报文格式的说明。2.0B规范完全兼容2.0A规范，现在的半导体芯片公司生产的主流CAN控制器都支持2.0B规范，进而也可以支持2.0A规范[19]。在本设计中采用

7、具有向下兼容能力的CAN技术规范2.0B设计，主要针对2.0B规范进行介绍，将CAN总线技术规范Version2.0B简称为CANV2.0B。CANV2.0B具有以下特点：它是一个多主的网络协议，在总线空闲时间段内，任何一个网络节点都能主动向总线的节点发送数据，不分主从；它采用无破坏性的仲裁机制，总能保证总线内部的所有节点能够按照优先级从高到低的顺序发送报文，而不需要额外的碰撞仲裁等待时间，这样在网络通信数据量很大的情况下不会出现以太网那样的网