CAN技术工程机械控制领域的应用.docx

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1、CAN技术工程机械控制领域的应用随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的飞速开展，以全数字式现场总线技术为代表现场控制仪表、设备大量应用，使得传统的现场控制技术及现场控制设备发生了宏大的变化。繁琐的现场连线被单一、简洁的现场总线网络所替换，系统设计灵敏、设备维护简单，信号传输质量也大幅进步。电子技术的飞速开展及在工程机械上的广泛应用，使得工程机械的智能化程度越来越高，十分是在控制器技术被引入工程机械控制领域后，给工程机械的开展带来了划时代的变化，工程机械的操纵便利性、平安性、燃油经济性都得到了大幅进步。然而，电子设备的大量使用，必然导致车身布线越来越长愈来愈复杂，运行可靠性降低、故障维修难度增

2、大，十分是电子控制单元的大量引入，为了进步信号的利用率，要求人批的数据信息能在不同的控制单元中分享，大量的控制信号也需要实时交换，传统线束已远远不能知足这种需求。在这种情况下，将串行通讯总线系统引入可以有效解决上述问题。基于上述原因，博世公司开发了控制器局域网CAN，并获得了国际标准化组织的认可及很多半导体器件制造商、网络系统开发商的支持。如今它已经被广泛地应用于汽车、工程机械和工业现场控制，理论证实CAN网络是一种性能优异的现场网络。CAN总线技术的引入彻底改变了工程机械控制领域的相貌，分布式控制系统完全取代了集中式控制系统，在诸多具有CAN功能的控制器、传感器和执行器的支持下，繁琐的现场连

3、线被单一、简洁的现场总线网络所替换，系统设计更加灵敏、信号传输质量也大幅进步。诸多的国际知名公司早在80年代初就积极致力于工程机械及汽车局域网的应用及研究。进入90年代，这些曰趋成熟的技术在国外已广泛地应用于工程机械领域。为缩短与国际先进程度的差距，研究和开发自己的工程机械局域网系统势在必行。二、CAN的技术特征1CAN的物理特性1.1拓扑构造CAN在物理构造上属于总线式通讯网络。1.2机械参数及传输介质模块通过一个9针的D型插头连接到CAN总线上。总线采用屏蔽的或者非屏蔽的双绞线，用光纤更佳。1.3电气参数及信号表示总线上的数据采用不归零编码方式NRZ，可具有两种互补的逻辑值之一：显性及隐性

4、。CAN总线中各节点使用一样的位速率。它的每位时间由同步段、传播段、相位缓冲段1及相位缓冲段2组成。发送器在同步段前改变输出的位数值，承受器在两个相位缓冲段间采样输入位值，而两个相位缓冲段长度可自由调节，以保证采样的可靠性。另外，CAN总线采用时钟同步技术来保证通讯的同步。2CAN协议CAN总线以报文为单位进展信息交换，报文中含有标示符ID，它既描绘了数据的含义又说明了报文的优先权。CAN总线上的各个协点都可主动发送数据。当同时有两个或者两个以上的节点发送报文时，CAN控制器采用ID进展仲裁。ID控制节点对总线的访问。发送具有最高优先权报文的节点获得总线的使用权，其他节点自动停顿发送，总线空闲

5、后，这些节点将自动重发报文。2.1CAN协议分层构造CAN总线标准规定了任意两个节点之间的兼容性。包括电气特件利数据解释协议。CAN协议可分为：目的层、传送层、物理层。其中目的层和传送层包括了ISO/OSI定义的数据链路的所有功能。目的层的功能包括：确认要发送的信息；位应用层提供接口。传送层功能包括：数据帧组织：总线仲裁：检错、错误报告、错误处理。2.2CAN通讯协议CAN支持四类信息帧类型。1数据帧CAN协议有两种数据帧类型标准2.0A和标准2.0B。两者本质的不同在于ID的长度不同。在2.0A类型中，ID的长度为ll位；在2.0B类型中ID为29位。一个信息震中包括7个主要的域：帧起始域标

6、志数据帧的开场，由一个显性位组成。仲裁域内容由标示符和远程传输恳求位RTR组成，RTR用以说明此信息帧是数据帧还是不包含任何数据的远地恳求帧。当2.0A的数据帧和2.0B的数据帧必须在同一条总线上传输时，首先判定其优先权，假如ID一样，那么非扩展数据帧的优先权高于扩展数据帧。控制域r0、r1是保存位，作为扩展位，DLC表示一帧中数据字节的数目。数据域包含08字节的数据。校验域检验位错用的循环冗余校验域，共15位。应答域包括应答位和应答分隔符。正确接收到有效报文的接收站在应答期间将总线值为显性电平。帧完毕由七位隐性电平组成。2远程帧承受数据的节点可通过发远程帧恳求源节点发送数据。它由6个域组成：

7、帧起始、仲裁域、控制域、校验域、应答域、帧完毕。3错误指示帧由错误标志和错误分界两个域组成。接收节点发现总线上的报文有误时，将自动发出“活动错误标志其他节点检测到活动错误标志后发送“错误认可标志。4超载帧由超载标志和超载分隔符组成。超载帧只能在一个帧完毕后开场。当接收方接收下一帧之前，需要太多的时间处理当前的数据，或者在帧问空隙域检测到显性电平时，那么导致发送超载帧。5帧间空隙位于数据帧和远地帧与前面的信息帧之间，由帧间空隙和总线空闲状态组成。帧间空隙是必要的，在此期间，CAN不进展新的帧发送，为的是CAN控制器在下次信息传递前有时间进展内部处理操纵。当总线空闲时CAN控制器方可发送数据。2.

8、3错误检验为了进步抗干扰才能和数据的可靠性，采取了多种错误检测手段：发送监视、填充监视、CRC错、格式错、应答错误等。2.4总线访问控制要做到数据的实时处理，数据的高速传输是关键。对于工程机械中的详细节点而言，不仅需要高达1Mbit/s的通讯速率，更需要在几个节点要竞争访问总线时正确定位哪个节点获得使用权。总线上的各种数据的延迟要求是不一样的，快速变化的物理量如发送机的转速、路面的随机波动信号等比慢时变的物理量如温度、压力等信号要求访问总线的频率大的多。当多个节点同时需要访问总线时，CAN控制器通过各种报文被赋予的优先权标示符及ID数的大小来仲裁谁先发送。3CAN总线技术的应用特点及支持器件一

9、CAN总线技术的应用特点1.CAN网络上任何一节点均可作为主结点主动地与其他节点交换数据，大大进步系统的性能。2.CAN网络节点的信息帧可分出优先级，且单帧字节长度短，有很好的实时性。3.CAN的物理层及数据链路层采用独特的设计技术，使其在抗干扰，错误监测才能等方面的性能均超过其他总线。4.CAN的通讯速率相当高。当网络线的长度不超过40米时，其通讯速率可达1Mbit/s。5.CAN总线每帧数据都含有CRC校验及其他校验措施，数据出错率低。6CAN总线节点在严重错误的情况下，可自动切断与总线的通讯联络，以使总线上的其他操纵不受影响。二CAN总线技术的支持器件CAN总线自问世以来，由于具有诸多独

10、特的优点，得到广泛的应用，而且受到诸多的半导体厂商的支持。目前消费支持CAN协议器件的公司有INTEL、MOTOROLA、PHILIPS、SIEMENS、NEC、HONEYWELL等百余家国际著名公司。其应用器件琳琅满目、层出不穷，已经形成产品系列。目前市场上比拟常见的有INTEL的CCU3010E、；MISUBISHI的37630；MOTOROLA的MC68HC05XX/MC68376；SIMENS的C505C、C167CR；NEC的78K/0；PHILIPS的80592/98、XA-C3；TEXASINSTRUMENTS的TMS370E08D55等控制器件及外围传感器及执行器件。三、CAN

11、在工程机械中的应用CAN由于具有良好的运行特性、极高的可靠性和独特的设计，不但十分合适当代工程机械及汽车各电子单元之间的互连通讯，而且日益受到其他业界的欢送，并被公以为最有开展前途的现场总线之一。在诸多半导体厂商的支持下，国际上一些著名的工程机械大公司如CAT、VOLVO、利勃海尔等都在自己的产品上广泛采用CAN总线技术来进步产品的技术档次及可靠性。下面就CAN总线在半主动油气悬架加以讲明。在工程机械半主动变阻尼油气悬架控制中，利用CAN网络作为悬架之间交换信息的通道，变集中控制为分布式控制，大大地简化了线束及器件的布置，进步了可靠性。4个节点的优先权按降序排列依次为：右前轮左前轮右后轮左后轮

12、。数据帧包含三字节数据，其中两个字节为非悬架质量加速度，一个字节为可调阻尼器的相对开度值。通讯速率为300kbit/s。实际应用结果说明网络运行良好，悬架的减震到达预期要求，而且在诸如启动、急刹车、急转弯等特殊工况下，通过网络的公道调度，进步了车辆的抗俯仰、侧倾的才能，改善了操纵的稳定性。四、完毕语随着电子技术和大规模集成电路的迅速开展，网络控制芯片性能逐步进步，体积逐步减小，价格进一步降低，为工程机械局域网技术的普及推广创造了良好的条件。智能芯片价格的下降使得工程机械局域网的本钱相差无几，性能成为影响网络选择的主要因素。CAN以其优异的品质具有明显的上风，越发受到业界的欢送。CAN总线在工程机械上的广泛应用将使工程机械的控制性能、动力性、操纵稳定性、平安性、燃油经济性都上升到一个新的高度，给工程机械技术的开展注入新的活力。0