摘要
本文针对目前工业现场控制系统存在的不足，提出了采用基于USB总线的CAN总线适配器的工业控制系统，该系统具有高速、智能化的通讯能力以及低功耗设计，该适配器可利用在多种工业控制系统中，应用范围广。
首先简述了随着工业现场控制系统的发展而出现的各种现场总线，以及工业控制计算机上的各种接口。随后确定在控制系统中使用CAN总线作为现场总线网络，通过USB总线与工业控制计算机进行数据通讯。
然后具体实现了该控制系统。主要包括基于USB总线的CAN适配器、CAN总线网络模型和通信协议的设计。在硬件设计上，采用PHILIPS公司的PDIUSBD12 USB总线控制器以及SJA1000 CAN总线控制器进行数据通讯，并使用PHILIPS的P89C51单片机进行控制，CAN总线收发上利用光电隔离电路提高抗干扰性。USB总线的驱动程序设计借助了第三方的工具软件WinDriver进行开发，以缩短开发周期，提高开发效率。
最后，通过对系统的通讯速率、出错率以及响应时间等参数作了详细测试。测试表明系统具有极好的性能，能够在100米左右的范围内挂接100个以上的控制节点并以500kbps的速率通信，系统响应时间小于0.5ms，出错率低于万分之一，因此该系统在工业控制自动化中具有广泛的应用价值。
Aiming at the shortage of the present industry control system, a control system using CAN bus adapter based on USB bus is presented. This system has high-speed smart communication ability with low power design, and it can be widely used in industrial control system .
Firstly, by analyzing the evolution of control system, this paper introduces a variety of fieldbuses and the interface of industrial control computer. In the system, CAN bus is used as fieldbus which communicate with industrial control computer through USB bus.
Secondly, the control system centering CAN bus and USB buse is realized. The CAN communication adapter base on USB bus, the network model and communication protocol of CAN bus are explained briefly. In the design of the hardwares, USB control chip PDIUSBD12 and CAN control chip SJA1000 from PHILIPS are used, P89C51 microchip from PHILIPS is the control chip, and the circuit of photoelectric isolation enhances the ability of anti-jamming. Using WinDriver, the Windows device driver of the adapter is developed. WinDriver can reduce the time of develop and improve the effect of develop.
Finally, many essential parameters were tested, which include communication speed, the percentage of error, and the response time etc. All prove that the system has very good performance and great value in application. The system can communicate at
500kbps with 100 device in 100m, and the response time is less than 0.5ms, the percentage of error is less than 1‰. So the system has the great value in industrial control system.
引文
【1】 阳宪惠．现场总线技术及其应用．北京：清华大学出版社，1999：8-10
【2】 潘新民，王燕芳．微型计算机控制技术．北京：人民邮电出版社．1999：11-13
【3】 马鸣锦，赵秋霞，曾光裕．高性能个人计算机硬件结构及接口．北京：国防工业出版社．2001：324
【4】 孙延才，王杰，孙中健．工业控制计算机组成原理．北京：清华大学出版社，2001：1-2
【5】 廖海涛，程昌银．CAN总线PC-CAN适配卡的设计．武汉：武汉理工大学学报．2003．5：40
【6】 卢世超，刘国海，罗新民．基于PCI总线的CAN总线通信适配器的设计与实现．工业控制计算机．2001年14卷12期：52
【7】 杜吉龙．浅谈CAN总线的应用．半导体技术第28卷第1期．2003．1：58
【8】 刘柋，周亦明，欧阳新．USB在A／D转换上的应用．上海理工大学学报．2003年01期：77-81
【9】 潘新民，王燕芳．微型计算机控制技术．北京：人民邮电出版社．1999：306-315
【10】 刘乐善，叶济忠，叶永坚，微型计算机接口技术原理及应用．武汉：华中理工大学出版社，1998：55
【11】 廖祥学．基于RS-485总线的产品质量检测控制系统．电子技术．29(8)．2002：8-10
【12】 阳宪惠．现场总线技术及其应用．北京：清华大学出版社，1999：309
【13】 邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，1996：18-22
【14】 马鸣锦，赵秋霞，曾光裕．高性能个人计算机硬件结构及接口．北京：
国防工业出版社．2001：1
【15】高玉芹．CAN总线分布式系统适配卡和控制单元设计．单片机与嵌入式系统应用．2(03)，2002：33-36
【16】马鸣锦，赵秋霞，曾光裕．高性能个人计算机硬件结构及接口．北京：国防工业出版社．2001：10-11
【17】艾德才，姚嘉康，龚涛．微机接口技术实用教程．清华大学出版社．2002：367-369
【18】王正山，周竞．USB总线接口的开发．江南大学学报．2002年03期：234-237
【19】胡昌银，胡基士．基于PC／104总线的嵌入式以太网卡设计．单片机与嵌入式系统应用．2(08)，2002：64-66
【20】SJAl 000 Data Sheet PHILPHS
【21】阳宪惠．现场总线技术及其应用．北京：清华大学出版社，1999：342-343
【22】PDIUSBD12 DATA SHEET.PHILIPS. 1999
【23】KEIL SOFTWARE Inc. Cx51 Compiler User's Guide. 2001
【24】马忠梅，马岩，张凯，籍顺心．单片机的C语言应用程序设计．北京航空航天大学出版社
【25】Jan Axelson．USB大全．中国电力出版社．2001：1-83
【26】谢剑英，贾青，微型计算机控制技术．国防工业出版社．2001：303-336
【27】刘乐善，叶济忠，叶永坚，微型计算机接口技术原理及应用．武汉：华中理工大学出版社，1998：55
【28】Robert Bosch GmbH．CAN Specification Revision 2.0, 1991: 4-7
【29】邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，1996：18-22
【30】潘新民，王燕芳．微型计算机控制技术．北京：人民邮电出版社．1999：
306-315
【31】阳宪惠．现场总线技术及其应用．北京：清华大学出版社，1999：309
【32】李晓军，孙红辉，张振仁．基于CAN总线的温度、压力控制系统．仪表技术与传感器．8(10)：2002：38-40
【33】孙立辉，原亮．基于CAN总线的双机冗余系统设计方法．单片机与嵌入式系统应用．2(09)，2002：33-35
【34】尹建华，张惠群．由CAN总线构成的分布式清纱机控制系统．单片机与嵌入式系统应用．2(01)，2002：55-58
【35】高玉芹．CAN总线分布式系统适配卡和控制单元设计．单片机与嵌入式系统应用．2(03)，2002：33-36
【36】周凯，毛德柱，刘郁，陶真．基于CAN总线的智能寻位制造系统．电子技术应用．28(4)，2002：33-35
【37】欧德翔，汪至中．基于CAN总线的流光放电烟气脱硫电源集散控制系统的设计．电子技术应用．28(5)，2002：33-34
【38】张志刚，王宪杰．MCB-1电力测量控制仪中CAN总线通讯模板的设计及编程．电测与仪表．39(1)，2002：46-48
【39】张海波，赵伟．现场总线测控领域中的几个关键问题．电测与仪表．39(3)，2002：5-8
【40】刘彤，王美玲，付梦印．基于PC104的通信控制器．电测与仪表．39(5)，2002：37-8
【41】周立功．PDIUSBD12 USB固件编程与驱动开发．北京：北京航空航天大学出版社．2003：13-95
【42】高胜法，王金富，刘平．CAN总线通讯适配卡的设计与实现．国外电子元器件．2003．1：68-70
【43】孔慧，刘桃英．CAN总线在分布式生物发酵过程控制系统的应用．仪表技术与传感器．2002．3：40-42
【44】Philips Semiconductors.SJA1000 Stand-alone CAN Controller.
Philips Data Sheet, 1999
【45】严仪健，孟桥，王钧，吴超．USB设备的接口设计及其即插即用功能的实现．电子工程师．2001年07期：8-11
【46】王洪，顾本斗．USB设备的开发．计算机工程与设计．2002．3：61-63
【47】常满波．基于USB的数据采集系统设计与实现．工业控制计算机．2002年10期：45-47
【48】陆前锋，陈明昭．基于CAN总线接口控制系统通信卡设计与实现．电子设计应用．2003年1期：42-44
【49】孟祥育，毛雪珍．RS-485与USB接口转换卡的设计与实现．电子技术．2002年12期：32-35
【50】陈军波，刘海华，陈亚光．USB接口芯片PDIUSBD12应用．国外电子器件．2002年11期：47-49
【51】王洪，顾立斗．USB设备开发实例．电子产品世界．2001．10：62-64
【52】卢世超，刘国海，卢新民．基于PCI总线的CAN总线通信适配器的设计与实现．工业控制计算机．2001．14卷第12期：52-55
【53】曾照福，欧青立，成继勋．基于ISA总线CAN智能适配卡原理与设计．电子测量技术．2003年第二期：55-56
【54】柳泉，罗耀华，柳华伟．基于PCI总线的CAN卡的设计与实现．电子技术应用．2002．11：28-30
【55】吕杜鹃，刘海英，程远楚，晋风华．CAN智能适配卡的设计方案．工业控制计算机．2001年14卷第8期：23-25
【56】王树晓．基于SJA1000的CAN卡电路的设计．西北轻工业学院学报．2002．4．vol20：48-51
【57】杜吉龙．浅谈CAN总线的应用．半导体技术第28卷第1期．2003．1：58-59