1、引言

CAN（Controller Area network，控制器局域網(wǎng)） 總線屬現(xiàn)場總線的一種，由于它具有高性能、高可靠性、高性價比、連接方便、實時性好及其獨特的設(shè)計等突出優(yōu)點而被應(yīng)用于許多工業(yè)部門，目前已成為比較流行的一種現(xiàn)場總線，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的各檢測和執(zhí)行機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。

我們在綜合保護器的設(shè)計中，通常都是采用485總線，通訊也采用命令、響應(yīng)方式。主機發(fā)出查詢信號，各測量模塊與主機通訊，報告各自數(shù)據(jù)及狀態(tài)。但在應(yīng)用現(xiàn)場中，通訊模塊太多，這樣就會使主機十分繁忙，數(shù)據(jù)就有可能不能及時得到響應(yīng)命令;并且一旦有一個模塊出現(xiàn)異常，就會影響到整個系統(tǒng)，考慮到實時性和安全性，我們將CAN總線用到了綜合保護器上。

2、CAN總線特點及協(xié)議

CAN總線最初是由德國奔馳公司在80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的傳感器和執(zhí)行裝置之間的數(shù)據(jù)通信而開發(fā)的一種先進的串行通訊協(xié)議目的是通過較少的信號線，將汽車上的各種電子設(shè)備將汽車上的各種電子設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，并提高數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.1 CAN總線有特點

（1） CAN總線通訊速率為1Mbps/40m和5kbps/10km，節(jié)點可達110個，傳輸介質(zhì)為雙絞線和電纜;

（2） CAN總線采用非破壞性仲裁技術(shù)，將節(jié)點信息分為不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時性要求;

（3） 當節(jié)點出現(xiàn)錯誤嚴重時，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，可使總線上其它操作不受影響;

（4） CAN可實現(xiàn)全分布式多機系統(tǒng)，且無主從機之分，每個節(jié)點均可在任何時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息，可采用點對點，一點對多點及全局廣播幾種方式傳送數(shù)據(jù);

（5） CAN總線文報采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀信息都有CRC校驗以及其他檢錯措施，使數(shù)據(jù)出錯率低，可靠性極高;

（6） CAN 總線的成本低。

2.2 CAN總線協(xié)議

對通訊數(shù)據(jù)進行編碼（取消了傳統(tǒng)的對站地址編碼），數(shù)據(jù)塊標識符可由11位（CAN2.0A）或29位（CAN2.0B）二進制組成，最多可211或219個數(shù)據(jù)塊，從而使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)在理論上不受限制，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式還可使不同的節(jié)點同時接受相同的數(shù)據(jù)，這樣給分步式控制系統(tǒng)中實現(xiàn)模塊間的數(shù)據(jù)和控制信息共享帶來了極大方便。CAN 總線通訊接口集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通訊數(shù)據(jù)的成幀處理（包括位填充，數(shù)據(jù)塊校驗，循環(huán)冗余校驗，優(yōu)先級判別等）。

3 、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

系統(tǒng)中主要由上位機和控制器以及相應(yīng)的保護電路構(gòu)成，還有接到PC機內(nèi)部的CAN接口卡，若干個CAN網(wǎng)絡(luò)接點。綜合保護器上的若干個測量模塊（如開關(guān)量輸入輸出模塊EDA9050，計數(shù)測頻模塊EDA9081，繼電器輸出模塊EDA9060等）可以掛接到總線上，獨立地與上位機通訊。CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

綜合?；テ魇瞧蛴诿旱V系統(tǒng)的，考慮到應(yīng)用環(huán)境的惡劣性，我們在芯片選擇中，選用PCA82C250做CAN收發(fā)器，此芯片能提供向總線差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力，能增大通信距離，提高系統(tǒng)瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾等。主控制芯片選用AT89C51，CAN控制器選用具有訪問優(yōu)先權(quán)的獨立控制芯片SJA1000，同時在SJA1000和PCA82C250間加上高速隔離芯片6N137來提高系統(tǒng)抗干擾能力。CAN節(jié)點模塊結(jié)構(gòu)電路如圖2所示：

4、通訊軟件設(shè)計

控制軟件的合理設(shè)計是模塊實時、有效地完成數(shù)據(jù)采集及通信任務(wù)的關(guān)鍵，主要包括系統(tǒng)初始化、CAN信息處理、數(shù)據(jù)采集及處理等功能模塊。系統(tǒng)開放一個定時中斷，定時時間對應(yīng)上位機發(fā)送來的采樣周期。CAN報文的接收主要有2種方式：中斷和查詢方式。為提高系統(tǒng)的實時性，同時也保證接收緩沖器不出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象，模塊中采用中斷接收方式。CAN報文發(fā)送采用查詢方式，即當需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，將預(yù)先組織好的數(shù)據(jù)幀按字節(jié)寫入SJA1000的發(fā)送緩沖寄存器中。

系統(tǒng)初始化包括對各寄存器初始化，而實際上主要是對SJA1000的初始化，在復(fù)位模式下完成初始化：設(shè)置工作方式、接收濾波方式、接收屏蔽寄存器AMR和接收代碼ACR、波特率參數(shù)和中斷允許寄存器等。SJA1000控制器初始化如圖3所示：

5、結(jié)束語

采用CAN總線的綜合保護器已運用到西山煤礦，性能良好，與以往的485總線綜合保護器相比，有明顯的優(yōu)越性：上位機處理事件更及時、單個模塊不能影響到整個系統(tǒng)、抗干擾性能提高，因此，有很好的推廣價值。

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