控制器局域網(CAN)技術在工程機械中的應用

控制器局域網(CAN)技術在工程機械中的應用 一　前言
隨着計算機技術、通訊技術、集成電路技術的飛速發展，以全數字式現場總線技術爲代表現場控制儀表、設備大量應用，使得傳統的現場控制技術及現場控制設備發生了巨大的變化。繁瑣的現場連線被單一、簡潔的現場總線網絡所替代，系統設計靈活、設備維護簡單，信號傳輸質量也大幅提高。
電子技術的飛速發展及在工程機械上的廣泛應用，使得工程機械的智能化程度越來越高，特別是在控制器技術被引入工程機械控制領域後，給工程機械的發展帶來了劃時代的變化，工程機械的操作便利性、安全性、燃油經濟性都得到了大幅提高。
然而，電子設備的大量使用，必然導致車身佈線越來越長愈來愈複雜，運行可靠性降低、故障維修難度增大，特別是電子控制單元的大量引入，爲了提高信號的利用率，要求人批的數據信息能在不同的控制單元中共享，大量的控制信號也需要實時交換，傳統線束已遠遠不能滿足這種需求。在這種情況下，將串行通訊總線系統引入可以有效解決上述問題。基於上述原因，博世公司開發了控制器局域網（CAN），並獲得了國際標準化組織的認可及許多半導體器件製造商、網絡系統開發商的支持。現在它已經被廣泛地應用於汽車、工程機械和工業現場控制，實踐證明CAN網絡是一種性能優異的現場網絡。
CAN總線技術的引入徹底改變了工程機械控制領域的面貌，分佈式控制系統完全取代了集中式控制系統，在衆多具有CAN功能的控制器、傳感器和執行器的支持下，繁瑣的現場連線被單一、簡潔的現場總線網絡所替代，系統設計更加靈活、信號傳輸質量也大幅提高。
衆多的國際知名公司早在80年代初就積極致力於工程機械及汽車局域網的應用及研究。進入90年代，這些曰趨成熟的技術在國外已廣泛地應用於工程機械領域。爲縮短與國際先進水平的差距，研究和開發自己的工程機械局域網系統勢在必行。
二　CAN的技術特徵
1CAN的物理特性
1.1拓撲結構　CAN在物理結構上屬於總線式通信網絡。
1.2機械參數及傳輸介質　模塊通過一個9針的D型插頭連接到CAN總線上。總線採用屏蔽的或非屏蔽的雙絞線，用光纖更佳。
1.3電氣參數及信號表示　總線上的數據採用不歸零編碼方式（NRZ），可具有兩種互補的邏輯值之一：顯性及隱性。CAN總線中各節點使用相同的位速率。它的每位時間由同步段、傳播段、相位緩衝段1及相位緩衝段2組成。發送器在同步段前改變輸出的位數值，接受器在兩個相位緩衝段間採樣輸入位值，而兩個相位緩衝段長度可自由調節，以保證採樣的可靠性。另外，CAN總線採用時鐘同步技術來保證通訊的.同步。
2CAN協議
CAN總線以報文爲單位進行信息交換，報文中含有標示符（ID），它既描述了數據的含義又表明了報文的優先權。CAN總線上的各個協點都可主動發送數據。當同時有兩個或兩個以上的節點發送報文時，CAN控制器採用ID進行仲裁。ID控制節點對總線的訪問。發送具有最高優先權報文的節點獲得總線的使用權，其他節點自動停止發送，總線空閒後，這些節點將自動重發報文。
2.1CAN協議　分層結構CAN總線規範規定了任意兩個節點之間的兼容性。包括電氣特件利數據解釋協議。
CAN協議可分爲：目標層、傳送層、物理層。其中目標層和傳送層包括了ISO/OSI定義的數據鏈路的所有功能。目標層的功能包括：確認要發送的信息；位應用層提供接口。傳送層功能包括：數據幀組織：總線仲裁：檢錯、錯誤報告、錯誤處理。
2.2CAN通信協議　CAN支持四類信息幀類型。
（1）數據幀CAN協議有兩種數據幀類型標準2.0A和標準2.0B。兩者本質的不同在於ID的長度不同。在2.0A類型中，ID的長度爲ll位；在2.0B類型中ID爲29位。一個信息震中包括7個主要的域：