一种基于CAN总线的监控系统设计及位定时分析

引言

　　can（controller area network）即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。与一般的总线通信相比，can的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。本课题设计了一种基于can总线的监控系统，并对位定时这一关键问题进行了详细的阐述。借助该系统，使用者可以实现对can网络的实时监控，并可对系统参数进行优化。

监控系统整体结构

　　整个监控系统（如图1）是一个分布式控制系统，由三部分组成：上位机、转换模块、can节点。上位机负责监控整个系统的运行状况；转换模块作为各个节点与上位机的通信中介，实现上位机与节点间的双向通信；各个can节点均可以在任意时刻，遵循通信协议完成上传信息和执行控制命令等任务。

　　can节点接口电路设计

　　can总线上各节点均采用atmel公司生产的8位单片机为主控器，除完成节点自身的控制功能外，还与can控制器sja1000配合以实现can网络通信功能。

　　设计中选择sja1000控制器并采用其性能优越的pelican扩展模式。can收发器tja1050是philips公司生产的高速can总线驱动器。tja1050具有速率高、低功耗、电磁性能优越等特点。can接口电路如图2所示。

　　节点模块中采用高速光耦来实现收发器与控制器之间的电气隔离，抗干扰。光耦选择高速器件tlp113以满足在最高速率500kbps下的电气响应。采用dc/dc模块提供5v电源并实现系统电源与网络电源之间电气隔离措施。为了确保该系统的安全，在dc/dc模块及系统的输入和输出端增加tvs保护。

系统通信的实现

　　can控制器协议

　　can控制器实现的串口通信网络遵循osi模型，划分为两层：数据链路层和物理层。物理层按照ieee802.3lan标准构造，实现将数据发送到传输介质上和接收数据流的功能。在数据链路层实现比特流的拼装。can通信协议约定了4种不同的帧格式，本系统中使用标准帧格式，其格式如表1。can首先接收到仲裁场，根据仲裁场的内容判断所接收到的信号是哪种帧格式，用户将相应的数据写入数据场中进行发送，或从数据场中读取接收到的数据。