基于CAN总线的控制系统及应用研究
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摘要
现场总线是自动化领域的计算机网络，是当今自动化领域技术发展的热点之一。它以总线为纽带，将现场设备连接起来成为一个能够相互交换信息的控制网络，是一种双向串行多节点数字通信的系统。CAN总线也是现场总线的一种，它最初被应用于汽车的控制系统中。由于其卓越的性能，CAN总线的应用范围已不再局限于汽车工业，被广泛应用到自动控制、楼宇自动化、医学设备等各个领域。
本文在分析了CAN总线2.0B协议标准的基础上，给出了建立CAN总线控制网络模型的原理，在此基础上分析了CAN总线节点软、硬件的实现方法。然后我们在实验室中建立了一个基于CAN总线的半物理的控制系统，它由2个CAN总线节点和一个CAN总线通信板卡以及由上位机仿真的被控对象组成的。CAN总线上的一个节点作为控制器，通过CAN总线通信板卡与上位机进行通信，控制上位机程序仿真的一个被控对象，而另一个节点则实现CAN总线的远程数据请求功能。由此建立的一个CAN总线系统，一方面可以在上位机上监控对象的运行状况，另一方面也可用来评定一种微机控制算法在CAN总线中的控制效果，并针对复杂对象在这样一个半物理系统中进行仿真时建模的有效途径作了探讨。同时，在设计CAN总线通信板卡时提出了一种在PC机与下位机之间进行浮点数传送的有效的方法。最后是对本文的总结并对CAN总线的在未来的发展作了展望。
Fieldbus is a kind of computer network in automatization field and it has been one of the hotspots of automatization fields' technique development. Fieldbus connects the field equipments with a bus and makes it a network through which information can be exchanged mutually. So fieldbus is a system which can transmit digital signals in two directions among many nodes. CAN is also one kind of fieldbus. Originally, it's applied in the control systems of cars. But its application is not limited in automobile industry for its excellent performance now. It's also applied in auto control, building automatization, mechanical treatment equipments, and so on.
In this paper, we analyze the CAN 2.0B protocol first and a model of CAN control system is established. In the following part, we design the CAN nodes and the software to realize its performance. On this base, a semi-physical control system based on CAN is established in lab. It is composed of two CAN nodes, one CAN communication card and an object simulated by PC program. One of the two node is used as a controller to control the object through the CAN communication board. And the other one is to realize the remote data requesting. Such a system can be used to watch the working condition of the object and comment on the control method which is suitable for the microcomputer. Also, we discuss the effective ways for modeling when simulate complex objects in such a semi-physical system. Simultaneously, an efficient method for transmitting float data between PC and microcomputers is given. In the end, we make a summary and give the prospect of CAN bus development.
本文在分析了CAN总线2.0B协议标准的基础上，给出了建立CAN总线控制网络模型的原理，在此基础上分析了CAN总线节点软、硬件的实现方法。然后我们在实验室中建立了一个基于CAN总线的半物理的控制系统，它由2个CAN总线节点和一个CAN总线通信板卡以及由上位机仿真的被控对象组成的。CAN总线上的一个节点作为控制器，通过CAN总线通信板卡与上位机进行通信，控制上位机程序仿真的一个被控对象，而另一个节点则实现CAN总线的远程数据请求功能。由此建立的一个CAN总线系统，一方面可以在上位机上监控对象的运行状况，另一方面也可用来评定一种微机控制算法在CAN总线中的控制效果，并针对复杂对象在这样一个半物理系统中进行仿真时建模的有效途径作了探讨。同时，在设计CAN总线通信板卡时提出了一种在PC机与下位机之间进行浮点数传送的有效的方法。最后是对本文的总结并对CAN总线的在未来的发展作了展望。
Fieldbus is a kind of computer network in automatization field and it has been one of the hotspots of automatization fields' technique development. Fieldbus connects the field equipments with a bus and makes it a network through which information can be exchanged mutually. So fieldbus is a system which can transmit digital signals in two directions among many nodes. CAN is also one kind of fieldbus. Originally, it's applied in the control systems of cars. But its application is not limited in automobile industry for its excellent performance now. It's also applied in auto control, building automatization, mechanical treatment equipments, and so on.
In this paper, we analyze the CAN 2.0B protocol first and a model of CAN control system is established. In the following part, we design the CAN nodes and the software to realize its performance. On this base, a semi-physical control system based on CAN is established in lab. It is composed of two CAN nodes, one CAN communication card and an object simulated by PC program. One of the two node is used as a controller to control the object through the CAN communication board. And the other one is to realize the remote data requesting. Such a system can be used to watch the working condition of the object and comment on the control method which is suitable for the microcomputer. Also, we discuss the effective ways for modeling when simulate complex objects in such a semi-physical system. Simultaneously, an efficient method for transmitting float data between PC and microcomputers is given. In the end, we make a summary and give the prospect of CAN bus development.
引文
[1] 阳宪惠，现场总线技术及其应用，清华大学出版社，1999．6；
[2] 王锦标，现场总线控制系统，微计算机信息，1996．6；
[3] 刘向杰等，现场总线控制系统的现状与发展，电力系统自动化时代，2003；
[4] 范铠，现场总线的发展趋势，自动化仪表，2000 Vol．21 No．2；
[5] 邬宽明，CAN总线原理和应用系统设计，北京航空航天大学出版社，2002．3；
[6] CANbus规范V2.0版本，广州周立功单片机发展有限公司；
[7] 饶运涛，邹继军，郑勇芸，现场总线CAN原理与应用技术，北京航空航天大学出版社，2003．6；
[8] 罗雪梅，CAN总线控制系统与接口电路的开发研究，贵州工业大学硕士论文，2002；
[9] 程晓琳，徐用懋，现场总线控制网络模型与网络集成，测控技术，2000．10；
[10] 舒彦，安萍，CAN总线系统的实现，计算机应用研究，1998．2；
[11] PHIL IPS APPLICATION NOTE-SJA1000 Stand-alone CAN controller, 1997.12;
[12] PHILIPS APPLICATION NOTE-PCA82C250/251 CAN Transceiver, 1996.10;
[13] 李华，孙晓民，李红青，徐平，张新宇，MCS-51系列单片机实用接口技术，北京航空航天大学出版社，2002；
[14] 周风余等，CAN总线系统智能节点的设计与实现，微计算机信息，1999．6；
[15] SJA1000独立的CAN控制器应用指南，广州周立功单片机发展有限公司；
[16] 张汀，连级三，列车现场总线控制系统中异种总线互联网关设计，测控技术，2003 Vol．22 No．4；
[17] 牟建斌，方跃法，于洋，靳亚鹏，RS-232与CAN接口卡的设计，测控技术，2001 Vol．20 No．2；
[18] 范逸之，陈立元，Visual Basic与RS-232串行通信控制，中国青年出版社，2002；
[19] 徐爱钧，彭秀华，单片机高级语言C51 Windows环境编程与应用，电子工业出版社，2001．7；
[20] 刘钢，Visual Basic6.0程序设计(上)，中国民航出版社，2000．9；
[21] 林永，Visual Basic程序员Windows API编程手册，人民邮电出版社，2002．6；
[22] 涂时亮，张友德，单片微机控制技术，复旦大学出版社，1994．11；
[23] 桑波，宋元鹤，潭玉山，基于VB的PC与多台单片机通信的实现及应用，自动化
仪表，2001．3；
[24] 门槛创作室，Visual Basic实例教程，电子工业出版社，1999．4；
[25] 北京博彦发展有限责任公司，Visual Basic编程高手，北京大学出版社，2000．12；
[26] Microsoft Corporation,全面掌握Visual Basic6.0基础，清华大学出版社，2000．9；
[27] 陈桂明，张明照，戚红雨，张宝俊，应用MATLAB建模与仿真，科学出版社，2001．3；
[28] 王福昌，曹慧荣，VB与MATLAB的完美结合——MatrixVB，电脑学习，2002．4；
[29] 沈飙，夏海燕，运用Visual Basic实现PC与89C51单片机之间的串行通信，计算机自动测量与控制1999 Vol．7 No．2；
[30] 马兴义，杨立群，林敏，龚少华等，Matlab 6应用开发指南机械工业出版社，2002．1；
[31] 薛栋梁，MCS-51／151／251单片机原理与应用，中国水利水电出版社，2001；
[32] [美]J.M.史密斯，数学模型与数字仿真，原子能出版社，1982；
[33] 沈春林，吕厚宜，许民新，陈佩贞，数字控制系统，航空工业出版社，1993；
[34] 张克彦，MCS-51／196单片机浮点程序和实用程序，北京航空航天大学出版社，2001．10；
[35] 满庆丰，CAN总线的应用与发展，电子技术应用，1994．4；
[36] 刘日昇，高卫华，Matlab的动态数据交换及其应用研究，测控技术，2001 Vol．20 No．6；
[37] 华陈权，王天宇，单片机与PC机串行通讯时浮点数的处理，2003 Vol．19No．5；
[38] 朱习军，数字PID控制器参数选择，泰安师专学报，2000．6；
[39] 姚健欣，CAN总线技术的研究和应用，华中科技大学硕士论文，2001；
[40] 李西雄，陈婉儿，鲍鸿，程良伦，微型计算机控制技术，科学出版社，1999；
[41] 邬宽明，现场总线技术应用选编(上)，北京航空航天大学出版社，2003．1；
[42] 蔡翠平，唐大仕，Visual Basic程序设计，北方交通大学出版社，清华大学出版社，2002．1；
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