第三章控制器局域网
第三章无线局域网关键技术全
3.2 无线局域网的组成
3.2.3多小区无线局域网
BSS 1
BSS 2
有线骨干网 Distribution System
AP
AP
ESA网络结构示意图
若干个独立结构的BSS网络经接入点AP通过有线骨干网与其它BSS网络相连，便构成多小区的无线局域网络，即ESS网络。扩大了通信范围，通信距离可达到几km。
*
3.2 无线局域网的组成
3.2.1 概述
所有网中的设备都称做站。除了互联使用的无线局域网中的AP是一个特殊的站（固定的）外，其它站都是用户站，它们可以是台式计算机、便携式计算机或其它智能终端设备。 按照站的移动性划分，无线局域网中的站可以分为三种： ● 移动站： 经常在行进中开机和使用。 ● 半移动站：经常改变使用场所，但行进中不使用。 ● 固定站： 很少改变使用场所，即使改变使用场所时，不在行进中开机或使用。
在集中控制组网方式下，由于信道资源的分配、MAC控制都采用集中控制方式，中心站可根据网内业务量的具体情况改变控制策略及参数，使网络性能（吞吐量、延迟等）趋于最佳，信道利用率可大大提高。
另外，该方式下的中心站还起信号中继作用，可有效延长网内移动站间的通信距离。这种方式的主要缺点是中心站的引入使得BSA结构复杂，且中心站的故障会导致全网工作瘫痪。
L L MS1 MS2 中心站(CS)
无线局域网的组成示意图
每一个小区称作一个基本服务区（BSA），区内的构件称为基本服务集（BSS）。
若干个通过有线骨干网桥接的基本服务区（BSA）构成一个扩展服务区（ESA），ESA内的构件称为扩展服务集（ESS）。
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WLAN 架构方式 Service Set形容各种WLAN的构架。换句话说，共有三种方法构建WLAN。此三种方法是： (1) Basic Service Set （BSS） (2) Extended Service Set （ESS） (3) Independent Basic Service Set（IBSS）
CAN_comm[1]控制器局域网
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广州周立功单片机发展有限公司Tel:(020)3873097638730977Fax: 38730925控制器局域网 CAN未来的工业微处理器串行通讯目录 CAN 介绍 ..................................................................................................................... 2 低成本的远程 IO........................................................................................................... 2 两种 CAN ..................................................................................................................... 2 报文冲突的处理............................................................................................................ 3 交互的通讯 ................................................................................................................... 3 物理层 .......................................................................................................................... 3 特定工业领域的定制 CAN............................................................................................ 4 用 CAN 作为解决方案的情况 ....................................................................................... 4 CAN 总线协议 .............................................................................................................. 4 CAN 控制器.................................................................................................................. 5 CAN 报文帧类型 .......................................................................................................... 5 总线仲裁....................................................................................................................... 6 CAN 错误检测 .............................................................................................................. 7 CAN 支持工具 .............................................................................................................. 8第1页共1页广州周立功单片机发展有限公司Tel:(020)3873097638730977Fax: 38730925CAN 介绍控制器局域网 CAN 是由 ISO 定义的串行通讯总线 总线具有这些特性 它很自然地在汽车 它最初出现在 80 年代末的汽车工业里 它的 基本设计规范要求有高的位速率 高抗电磁干扰性 而且能够检测出产生的任何错误 由于 CAN 串行通讯 制造业以及航空工业中受到广泛应用 它对层的定义与开放系统互连模型 OSI 一致 每 实际的通讯是发生在每一设备上相邻的两层 而设备只通过模型物 和物理层连接 CAN 通讯协议描述了在设备之间信息如何传递 一层与另一设备上相同的那一层通讯 新兴协议层 的理层的物理介质互连 CAN 的结构定义了模型的最下面的两层 数据链路层和物理层 应用层通过不同的 专门用于特殊的工业领域加上由个别 CAN 用户定义的任何合适的方案 可能最好的 CAN 协议工业标准也许就是 Allen-Bradley 的 DeviceNet 国际上广泛应用的 CAN 协议工业标准还有 CANopen 和 SDS 物理介质包括带有特定终端的双绞线 在 BasicCAN 的规范中 它的传输速率能达到 250KBaud PeliCAN 能达到 1Mbaud 物理层和数据链路层对于系统设计者来说是透明的 并包含在所有执行 CAN 协议的部件中 这些部件 有 带有集成 CAN 接口的微控制器 例如与 8051 兼容的 Philips P97C591 处理器和 16 位的 Philisp XA 82C200 SJA1000 是一个独立的 CAN 控制器 它可以和很多微控制器直接接口 而与物理介质连接可以 用分离部件或者 82C250 TJA1050 集成电路或相似的方法实现 SIEMENS NEC 和 INTEL 也提供独立 的 CAN 控制器 而 它是为 PLC 和智能传感器设计低成本的远程 IO传统上 CAN 是一个基于微控制器的器件互相连接的网络 这意味着其每个节点的成本并不是特别的 低 最有趣的发展成果就是 SLIO 模块这个概念 引进 它是一个单芯片 能够在 CAN 网络里充当一个沉默 的输入输出网关 并把报文转化为实际的数字 IO 信号 到网络上 它能读 IO 引脚并把数据当作报文传输 它还能使 这些装置非常便宜并且对于驱动远程感应器 执 现今来说 只能使用用集成 A/D 转换器来生成报文并传输 行器或采集数字和模拟数据都非常理想它们能够被看作中央微控制器的远程附件BasicCAN SLIO 但毫无疑问 Philips 和其他 PeliCAN 厂家将生产出相应的 PeliCAN 的设备两种 CANCAN 以两种形式存在 一种是具有 11 位 ID 标识符的 BasicCAN 另一种是带有扩展成 29 位 ID 标识 符的高级形式 PeliCAN 内部的验收滤波器 屏蔽滤波器可通过标识符 ID 来接收需要的报文 屏蔽不相关 的报文 留十六位 符 PART A 的设备只能用标准的 CAN 协议发送和接收 如果在 29 位 ID 的扩展 CAN 系统中使用 会发生错误并破坏网络 备 PART B 的设备 是非常重要的 SIEMENS 81C90 和 81C91 是相类似的 PART A 11 位 ID 设备 原因很简单 因为它们忽略了扩展 CAN 帧 这里有两种描述符 则可由设定 工作于其中一种模式下 都能达到 8 字节的数据 描述符 CAN 上使用而不会引起总线错误 PeliCAN 设备 但可在扩展 即只向 CPU 提交合适的报文 Philips Intel Siemens 均支持 BasicCAN 和 PeliCAN 同时 PeliCAN 协议允许两段长度的标识符 A 部分使用 11 位报文标识符 能够识别出 2032 个不同的标识符 保 此部分兼容 BasicCAN 而 PeliCAN B 部分 有 29 位 能够产生 536870912 个不同的标识而是被认为是 PART B 设数据链路层定义了报文传输的格式和定时协议因为它们定义了报文的优先权以及报文传输的类型第2页共2页广州周立功单片机发展有限公司Tel:(020)3873097638730977Fax: 38730925标识符场有 11 位 并用来识别报文以及决定总线访问的优先权 标识符的二进制值越小 其优先权就 越高 报文的优先权分配是 CAN 总线的特征之一 特别在一个强大的实时控制环境里 这一点尤其吸引人 标识符场中所有的位都能够决定报文的优先权 这意味着 在一个 11 位系统里面 报文的优先权编号 号 码 可以从 16 高优先权 到 2032 低优先权 CAN 规范保证了优先权与延时是相关联的报文冲突的处理如前所说 CAN 的一个基本特征是越低的报文编号 号码 其优先权越高----一个标识符如果全部是 零的话 那么它具有最高优先权 因而 两个节点同时开始传送报文 第一个发送零而另一个发送 1 的话 那么发送零的那个就能够先分配到 CPU 并完成报文发送 这种 非破坏性的逐位 仲裁与每一个节点都可 以监控自己发送的能力联合使用 因而如果一个发送器 A 被另一个发送器 B 发送有更高优先权的报 文支配 透明的 overrule 回读的报文和 A 企图发送的报文不一致 A 将暂停发送 一旦总线空闲 另一 个请求就会马上发送 这是第一层的部分功能 它完全包含在 CAN 控制器里 因此它对 CAN 用户来说是交互的通讯它可以发送一个数据请求到特定的地址 实际数据 随传 远程发送请求 RTR 位定义了报文发送数据请求还是发送 如果是数据请求 则没有数据字节 数据长度代码告诉接收器报文里面包含了多少个数据字节那么数据长度代码就不会与数据字节数有直接关系 在 CAN 总线中最大的节点数典型是 32 个但是最终的数量是由物理层的特性决定 在总线为 250KB 根据每个报文的字节数 系统每秒钟大约能发送 2000 个到 5000 个报文传送速率的 CAN 系统中物理层CAN 能够使用很多物理介质例如双绞线 光纤等 只要物理驱动器是在 开集电极 而且每个节点都 能够监听到它自己以及其他所有节点 那么 CAN 就能够工作 最常用的就是双绞线 一个信号能够使用差 分电压传送 CAN 驱动器能够因此而避免噪声和容错 这两条信号线被称为 CAN_H 和 CAN_L 态时是 2.5V 用 CAN_H 比 CAN_L 高表示的逻辑 示的逻辑 1 叫做 隐性 位 0 被称为 显形 位 静 而用 CAN_L 比 CAN_H 高表差分的电压令 CAN 网络即使在一条信号线断开或者在噪声极大的环境中也能够工作 只需要一对双绞 线 差分的 CAN 输入就能够很有效地抵偿噪音 只需要该噪音是在通常的波段里 线 电平 CAN 线收发器提供便宜的接口 把 5V 的逻辑电平转换成 CAN 要求的对称第3页共3页广州周立功单片机发展有限公司Tel:(020)3873097638730977Fax: 38730925特定工业领域的定制 CAN报文号码的分配 与优先权有关 可以由个别的用户字节确定 但要注意某些工业集团互相统一了某 和电流值相关的报文将 些报文的意义以及实际使用的协议 例如 发动机驱动器的制造商可能会决定报文 0x10 在 CAN 网络中是 任何线圈的电流反馈信号 而 0x11 是转速计速度 而 0x10 比 0x11 先有一个零 使和转速计读数相关的报文无效 不能传输 在 DeviceNet 中 不同的制造商生产的多种 PLC 能够相连在一起 外围设备如压力和温度传感器都能 添加到 CAN 网络里 由于预先定义好传感器产生报文 PLCs 将知道哪些报文总是和温度有关 而不需要 考虑它是哪个厂家的产品用 CAN 作为解决方案的情况CAN 在微控制器之间需要互相通信或微控制器和远程的外围器件要互相通信的情况下是一个理想的 解决方法 在它的原始应用环境 车中 CAN 最初用于关键任务的实时监控系统 例如引擎管理系统和 变速箱控制交换信息 而在这里 CAN 的短报文和有保证的报文延迟时间允许每一个网络的端口都能用当前 的数据工作 甚至数据的改变时间在上百个微秒时标的情况下也可以使用 这些系统都利用 CAN 控制器的 PeliCAN 将不需要的报文滤出以减少主 CPU 的负载 网络在一些情况下 甚至在普通的器件上 络 同时 11 个标识符的 BasicCAN 已经越来越广泛地被应用到工业控制领域的一般网络中 PHILIPS 努 力发展并正在推广的 PeliCAN 允许微控制器和外围器件之间以 1M 波特的速度进行简单通讯 实际上 即 使是便宜的 SLIO 设备也有高达 16 个 IO 引脚 加上原来的 IO 引脚能够分配 6 个 10 位的 A/D 或 D/A 信道 SLIOs 有由外部电阻设定的唯一的标识符 因而它们能够识别给它们的报文以及在已接收的报文基础上生 成报文 工业应用如果使用有 PeliCAN 的 P87C591 它们也生产 CAN 控制器 作为普通微控制器的附件 微 控制器 它就能从 PeliCAN 的 1M 波特中获益 但是 PeliCAN 的原则是 它为微处理单元之间高速数据 的交换保留而不是和低速的 IO 端口级通讯 但是 低成本的独立 PeliCAN 设备就允许不是实时 代替了两线的 CAN 网 的任务例如门系统 带有窗的升降 镜子控制等 逐步成为 CAN 网络的一部分 实际上 传统的线束 CAN 譬如刹车灯和指示灯只是附加的节点CAN 总线协议CAN 总线被设计为具有最大传输速率 1Mbit/sec 的多主结构 CAN 不像传统的网络 它不会点到点地 传送报文 例如从 A 节点到 B 节点 在 CAN 报文中 标识符是给予数据而不是节点 报文在网络中广播 任何对报文有兴趣的节点都能够接收这个数据 可能会同时被 ABS 单元 设备组 知道这个信息是从哪里发出 在一个典型的嵌入式系统中 节的数据 传送少量的重要数据是必要的 这些数据必须在一个实时的时间帧内到 达 这与非实时的网络譬如在 PC LAN 中传输一个文件不同 一般来说 CAN 报文包允许传输最高 8 个字 而总线仲裁的方法保证了一个重要的数据能够在一个保证的时隙内到达 这个环境中的报文最容易被丢失或破坏 CAN 协议提供了 因此如果报文被破坏 它能够检测出来而且网络中的所有节点会忽略这个报 CAN 是特别设计用于电噪声很大的环境 五种错误检测和修正的方法 文 该报文会一直被传送到被准确接收为止 从一个设计者的观点来看 CAN 协议主要的吸引之处在于整个协议都是由一块芯片以及程序来运行 它看起来就像一个增强的多信道 UART 所有的错误检测传送和接收技术都能够用 CAN 控制器芯片的硬件 透明地执行 例如在车上 一个节点可能传送了车轮的速度 以及引擎管理系统所接收 这个数据 而这些部件会INSTRUMENT CLUSTER第4页共4页广州周立功单片机发展有限公司Tel:(020)3873097638730977Fax: 38730925CAN 控制器典型的 CAN 节点都带有一个微控制器 这个微控制器中专用的 CAN 控制器存储器映射到它的外部地 址总线 一些控制器被设计成可以作为并行设备和地址总线接口或通过控制器的 UART 的串行接口或者甚 至是一对端口引脚和地址总线接口 CAN 控制器要通过线驱动器和总线接口 和物理层并不由 CAN 规范来定义 AMPS 运算放大器 等工具 总线典型是双绞线 两端都接上一个 120 的电阻 CAN 有发送和接收两端 因此它能够同时读写总线 这个功能对于错误检测与总线仲裁都很重要 CAN 收发器 但是只要它符合上述的要求 就可以使用例如 RS485 驱动器和 OP PHILIPS SILICONIX 和 TEXAS 等都供应专用的 CAN 驱动芯片 这些CAN 收发器有 8 引脚表面装配和 DIP 封装的两种形式CAN 报文帧类型在 CAN 总线中 有四个通讯对象 带有应用数据的报文帧 向网络请求数据的远程帧 能够报告每个 节点错误的出错帧 如果节点的接收器电路尚未准备好就会延迟传送的过载帧报文帧在标识符前面具有一个 帧起始 或者 CAN 2.0B 或者 11 位 CAN 2.0ASTART OF FRAME场标识符可以有 29 位扩展 CAN当节点接收到一个报文 与所使用的 CAN 结构有关的标识符就会与验收滤波器或者用户在 CAN 控制器定义的标识符列表相比较 如果标识符通过了验收过滤器或者与 列表的标识符匹配 它就会被节点接收并产生 CPU 中断 因而相同的报文能够被设计者要求的节点所接收 标识符同样可以用于仲裁场中 如果标识符的编号越低 那么报文的优先权就越高 标识符后面是控制场 控制场包含数据长度场 其中的 DLC 规定了数据场中字节的数量 CAN 控制器产生 包含了 15 位循环冗余检查 应答隙是报文包中的一个间隙 送器报文已经被正确接收 RTR 场将在稍后讨论 剩下的场是由 和一个应答隙 ACK 场 这等于告诉了发 对前面的场进行计算它允许一个已经正确接收报文的节点插入一个应答如果发送节点没有得到应答它会继续重新发送报文直到得到应答为止第5页共5页广州周立功单片机发展有限公司Tel:(020)3873097638730977Fax: 38730925远程请求帧是报文帧的简短形式 位 RTR 要置位 在远程帧中并不是为零 荷的网络中它用于向网络请求数据传送数据请求的标识符时 一般来说远程传输请求 DLC与标识符相配的节点这时就会将请求的数据用报文帧传送 而是被设定成期望接收到的数据字节的数量有一点要注意的是远程帧是用在低总线负 将插入一个极性相反位以这种情况下主机会向网络查询数据 电平 这种错误违背规则这就简化了正个系统的设计并避免了总线冲突 如果有超过五个连续的 1 或 0以上的帧都服从位填充规则 这个规则中 防止纯 DC 直流我们将在介绍总线仲裁后再介绍错误处理总线仲裁CAN 总线物理层通常是双绞线 当逻辑 1 被写进总线里 两条线的电平是 2.5V 并被定义为 隐 性 位 当逻辑 0 显形 位 被写进总线里 一条线被上拉到为 5V CAN 高 另一条线被下拉到地 总线显示 CAN 低 位 所 这叫做 但是如果显形位和隐性位都被不同的节点同时写进总线里 这些都是 CAN 网络冲突检测的基础 显形以显性位覆盖了隐性位第6页共6页广州周立功单片机发展有限公司Tel:(020)3873097638730977Fax: 38730925当节点开始传送它们各自的报文时 标识符的每一个位都被写到总线里 而且能够被每一个节点读回 如果一个节点写进了隐性位而读回显性位 总线 发送一个高优先权报文 统设计者来控制 输数据 在某一点 况下 它会锁死网络 它会知道另一个较低标识符号码的 这种技术叫做 高优先权 仲裁 节点正在访问 它保证了如果 这些都由系 在最坏的情 它会停止传送报文并继续接收更重要的报文 必须注意 非破坏性逐位它将会赢得仲裁并能够在一个保证的时间限度里到达它的目的节点 如果两个节点用同样的标识符发出数据 两个节点都会后退并且重新开始整个传输过程两个都会得到总线的仲裁并开始传数据会不同并产生错误CAN 错误检测CAN 协议有五种错误检测的方法 三个是报文级的而两个是位级的 如果一个报文出错 那么错误检 测的任何一个方法使节点不接收这个报文并产生一个出错帧 这个报文 在报文级检查中 有 CRC 检查和应答隙 CRC 检查是一个 15 位 CRC 它计算描述符场和数据字节 这个发送器将会把一个隐性位放在应答场 它将产 如 它检查那些总是隐性位的报文场 如果发送器在应答场没有读回一个显形位 应答界定符以及 CRC 界定符位 最后的一种错误检测方法是通过位 下一位不是前面的反 则产生 的 CRC 应答场有两位 包括一个应答位和一个应答界定符 最后 使所有的帧都忽略它并使发送节点重新发送任何一个正确接收报文的节点在应答场写一个显性位 生一个出错帧并重新传送报文 果检测到显形位 就会产生错误 它检查 帧起始在报文级还有一个形式检查 帧结束在位级检查中 每一个位都由发送器监控 如果一个位被写进总线但读到的是它的反 错误就会产生 只有标识符场用于仲裁和应答隙是除外的 填充规则 当一个报文没有被填充 一个错误 活动错误帧包括六个显形位 它们违背了位填充规则 所有的 CAN 节点都认为它是一个错误并产生自 己的错误帧 所以错误帧的长度可以在 6 位和 12 位之间 错误帧后是 8 位隐性位界定符场 发被破坏的报文前是空闲的 要注意报文在被成功接收之前仍要争取仲裁 而总线在重 它要求显性位覆盖隐性位 即如果在逻辑电平相同的连续 5 位后CAN 最初是设计用于总线长度大约为 5—10 米的汽车系统 但是自从 CAN 发现它要在很多要求增长 总线长度的系统中使用后 其最大的传送范围不断地增大 标准的驱动器能够驱动长度高达 1 公里的总线 上述的图表描述了理想的期望传输速率和传输长度的关系第7页共7页广州周立功单片机发展有限公司Tel:(020)3873097638730977Fax: 38730925CAN 支持工具虽然 CAN 相对比较年轻 但是它已经能被大量的开发工具支持 这些工具从简单开发板到大规模的 CAN 分析仪都有 位于德国曼兹的 PHYTEC 公司在 P87C591 和 Philips XA 结构的基础上生产出一系列 配备 CAN 的微控制器板 它包含了微控制器和外围 CAN 控制器 Philips P87C591 或者单一的 CAN 微 控制器 SJA1000 P82C200 这些板能够使用 C 语言或者汇编语言来编程 并且能使用先进的调试器 它们包括基于普通 PC 卡或者小型 PCMCIA 在电路仿真 提供非常有用的功能 譬如无论 譬如 Hitex 的 HiTOP PHYTEC 也提供小型的 SLIO 模块 位于慕尼黑的 IXXAT 公司生产系列的 CAN 工具和接口 模块的 CAN-PCMCIA 和 VME 插槽 是在片或者不在片的状态下 由于如此紧密地与微控制器相联系 现存的工具例如 这些对于 CAN 的调试非常有用都能实时监控 CAN 控制器的输入和输出数据第8页共8页。
控制器局域网总线—CAN
1．2．1 CAN的一些基本概念
报文 总线上的信息以不同格式的报文发送，但长度 有限制。当总线开放时，任何连接的单元均可开始发送 一个新报文。
信息路由 在CAN系统中，一个CAN节点不使用有关 系统结构的任何信息(如站地址)。包含一些重要概念：
系统灵活性——节点可在不要求所有节点及其应用 层改变任何软件或硬件的情况下，被接于CAN网络。
随着CAN在各种领域的应用和推广，对其通信格 式的标准化提出了要求。为此，l 991年9月 Philips Semiconductors制订并发布了CAN技术规范Version2.0)。
该技术规范包括A和B两部分。2.0A 给出了CAN 报文标准格式，而2.0B给出了标准的和扩展的两种格 式。
此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运输工 具－数据信息交换－高速通信控制器局域网(CAN)国际 标准ISO11898，为控制器局域网的标准化、规范化铺 平了道路。
⑦ 采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低， 具有极好的检错效果。
⑧ CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施， 保证了数据出错率极低。
⑨ CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤， 选择灵活。
⑩ CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输 出功能，以便总线上其他节点的操作不受影响。
1．2 CAN的技术规范
出错标注和恢复时间 已损报文由检出错误的任何节 点进行标注。这样的报文将失效，并自动进行重发送。 如果不存在新的错误，自检出错误至下一个报文开始发 送的恢复时间最多为29个位时间。
故障界定 CAN节点有能力识别永久性故障和短暂 扰动，可自动关闭故障节点。
连接 CAN串行通信链路是一条众多单元均可被连接 的总线，理论上，单元数目是无限的，实际上，单元总 数受限于延迟时间和(或)总线的电气负载。
汽车单片机与车载网络-3车载网络基础知识
专用的数据总线。
授人以鱼不如授人以渔
2.网络
朱明工作室
zhubob@
认识CAN-BUS
这样分配有何缺点？
发动机 控制单元 ABS 控制单元 仪表 控制单元
朱明工作室 方法一： zhubob@ 车速信号同 时分配给各 个控制单元！
车速
授人以鱼不如授人以渔
认识CAN-BUS
朱明工作室 方法二： zhubob@ 总控制ECU 的解决方法！
相对于上一种，这种方法有何特点？
发动机 控制单元 ABS 控制单元 仪表 控制单元
车速
授人以鱼不如授人以渔
认识CAN-BUS
相对于上一种，这种方法有何优点？
发动机 控制单元 ABS 控制单元 仪表 控制单元
朱明工作室 方法三： zhubob@ CAN-BUS的 解决方法！
车速
授人以鱼不如授人以渔
双绞线
双绞线、 同轴电缆和 光纤
带非破坏 性逐位仲裁 的载波侦听 多路访问 （CSMA/N BA）
双绞线、 同轴电缆和 光纤
隐性令牌
介质访问 方式
令牌
带非破坏 性逐位仲裁 的载波侦听 多路访问 （CSMA/N BA）
授人以鱼不如授人以渔
三、现场总线的几种常见类型
朱明工作室
zhubob@
授人以鱼不如授人以渔
第二节
车载网络结构与组成
朱明工作室
车身系统的控制单元多为低速马达和开关量器件， zhubob@ 对实时性要求低而数量众多，因而使用低速的总线连接 这些电控单元。将这部分电控单元与汽车的驱动系统分 开，有利于保证驱动系统通信的实时性。此外，采用低 速总线还可增加传输距离、提高抗干扰能力以及降低硬 件成本。 故障诊断系统是将车用诊断系统在通信网络上加以 实现。 信息与车载媒体系统对于通信速率的要求较高，一 般在2 Mb/s以上，采用新型的多媒体总线连接车载媒体。 这些新型的多媒体总线往往是基于光纤通信的，从而可 以充分保证带宽和电磁兼容特性。
CAN总线控制器局域网
CAN总线控制器局域网CAN，全称为“CONtroller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。
最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。
比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。
一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。
实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。
例如，当使用Philips P82C250作为CAN收发器时，同一网络中允许挂接110个节点。
CAN 可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。
另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。
CAN总线特性o CA N具有十分优越的特点，使人们乐于选择。
这些特性包括：1、低成本；2、极高的总线利用率；3、很远的数据传输距离(长达10Km)；4、高速的数据传输速率（高达1Mbit/s）；5、可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；6、可靠的错误处理和检错机制；7、发送的信息遭到破坏后，可自动重发；8、节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；9、报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。
CAN总线特点o(1)它是一种多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点机之间也可进行通信。
(2)通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mb/s。
(3)通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等项工作。
(4)CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，雨代之以对通信数据块进行编码。
采用这种方法的优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种数据块编码方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分步式控制中非常重要。
《工业控制网络》课程教学大纲
《⼯业控制⽹络》课程教学⼤纲《⼯业控制⽹络》课程教学⼤纲课程编码：T1060260课程中⽂名称：⼯业控制⽹络课程英⽂名称：INDUSTRIAL CONTROL NETWORK总学时：40讲课学时：28实验学时：12学分:2.5授课对象：电⽓⼯程及其⾃动化专业先修课程：电路集成电⼦技术嵌⼊式系统原理及应⽤⼀、课程教学⽬的⼯业控制⽹络即现场总线是3C（Computer,Communication and Control）技术发展汇集成的结合点，是信息技术、数字化智能化⽹络发展到现场的结果。
现场总线是⾃动化及电⽓⼯程领域当前和今后的发展热点。
现场总线已在国民经济各个领域和国防领域中获得了⼴泛应⽤，⽽且应⽤得越来越普遍。
例如，对于电⽓⼯程领域，在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中、在数字化变电站、配电系统/继电保护装置中、在智能电器中、在楼宇⾃动化装置中，⼏乎均要求配置现场总线通信接⼝；对于国防领域，在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使⽤了现场总线系统。
本课程以现场总线基本技术及其节点设计为主要内容，⽬的是使学⽣掌握现场总线通信与⽹络基本知识，学会阅读并理解现场总线协议/规范，能够设计⼀般设备的现场总线通信接⼝，掌握典型现场总线系统的基本应⽤技术，并为学⽣进⾏现场总线系统设计和现场总线分析奠定⼀定的基础。
⼆、教学内容及基本要求本课程的主要内容包括计算机⽹络与现场总线的基础知识、国际标准现场总线及其它主流现场总线协议/规范、现场总线节点设计以及现场总线系统应⽤技术基础。
第1章绪论现场总线的发展历程、概念、组成、技术特点与优点，标准及应⽤领域。
第2章数据通信与计算机⽹络基础数据编码⽅式、信号传输⽅式、通信⽅式等数据通信基础知识；⽹络拓扑结构、传输介质、硬件组成与介质访问控制⽅式等计算机⽹络基础知识；协议分层、接⼝和服务、服务原语等计算机⽹络基本理论；OSI参考模型和TCP/IP参考模型及其优缺点，OSI参考模型与TCP/IP参考模型的⽐较。
第三章-FMS
有轨小车一种无人驾驶的自动化搬运设备。有轨小车 沿着预先铺设的导轨，在牵引装置的推动下，按照控制需 求行走，实现物料的自动传送。
有轨小车的组成 •导轨系统 •小车控制器 •车架 •警告和安全装置
托盘交换装置 小车控制器 安全装置 地轨系统
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有轨小车的特点 • 移动速度快，行走平稳，定位精确； • 承载能力大，适合搬运笨重零件； • 控制系统相对简便，可靠性高，成本低，易维护； • 传输路径柔性不高，一般适宜在直线布局的系统中采用 。
AGV连续通信是指AGV和上位机之间一直保持联系， 可以随时发送和接收信息。连续通信实现的途径可通过无 线通信和红外线收发器。
• 系统支持软件：操作系统、网络操作系统、数据库管理系统等。 • FMS运行控制系统：动态调度系统、实时故障诊断系统、生产 准备系统，物料（工件和刀具）管理控制系统等
（2）FMS的功能 •能自动控制和管理零件的加工过程，包括制造质量的自 动控制、故障的自动诊断和处理、制造信息的自动采集和 处理； •通过简单的软件系统变更，便能制造出某一零件族的多 种零件； •自动控制和管理物料（包括工件与刀具）的运输和存储 过程；
照射灯
光检测器 过滤镜 导向反光带
（2）AGV运行路径的选择 AGV运行路径的选择，是AGV使用过程中一个重要的问 题，因为AGV从一个站点运行到另一个站点往往有多条路径 可选择，我们希望能选择一条合理的运行路径，从而提高系 统的效率。
从O点到E点：
OA → AC→CD→DE
O
A
OA→AB→BD→DE
立式加工中心
卧式加工中心
（2）加工中心的主要特点 • 集中了较多工序连续加工，节省设备投资； • 工件一次装卡，既减少装夹具次数，又提高了加工精度 ； • 缩短了更换刀具、装卸工件等辅助时间，提高了生产率 。 （3）集成加工中心到FMS的基本条件 • 硬接口：托盘自动交换装置（Automated Pallet ChangerAPC）和第二刀具交换点； • 软接口：具有通过计算机网络或其它通信接口实现与上 级控制计算机通信的功能。
现场总线思考题思考题
思考题第一章现场总线概述作业1、简述现场总线的特点和优点解：结构特点：基础性；灵活性；易用性；分散性；经济性技术特点：开放性；.全数字化；.双向通信；.互可操作性与互用性；现场设备的智能化与功能自治性；系统结构的高度分散性；对现场环境的适应性2、简述企业网络信息集成系统的基本层次结构解：统一的企业网络信息集成系统应具有三层结构，从底向上依次是：过程控制层(PCS)、制造执行层(MES)、企业资源规划层(ERP)过程控制层依照现场总线的协议标准，智能设备采用功能块的结构，通过组态设计，完成数据采集、A/D转换、数字滤波、温度压力补偿、PID控制等功能。
智能转换模块对传统检测仪表的电流电压进行数字转换和补偿。
制造执行层从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，还包括控制组态的设计和下装。
企业资源规划层在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统。
1.首先将中间监控层的数据库中的信息转入上层关系数据库中，使远程用户能通过浏览器查询网络运行状态，对生产过程进行实时的远程监控；2.对数据进行进一步的分析和整理，为相关的各种管理、经营决策提供支持，实现管控一体化3、计算机控制系统的发展经历了哪几个阶段？各有何特点？解：1）、数据采集与处理：计算机并不直接参与控制，对生产过程不会产生直接影响，能对整个生产过程进行集中监视，可进行越限报警，可以得到大量统计数据。
2）、直接数字控制系统（DDC）：由计算机参与闭环控制过程，无需模拟控制器，控制系统有一个功能较齐全的运行操作台，设定、显示、报警等集中在这个控制台上，操作方便，由于计算机与过程装置之前的双向信号流动的是通过硬性物连接装置来实现的，其中流动的信号都是电气信号，因此计算机不可能与现场装置离得太远，所以每台计算机所控制和管理的过程装置数量很少，多数情况下应用为单回路控制。
3）、监督计算机控制系统（SCC）：一般由两级计算机组成，第一级计算机与生产过程连接，并承担测量和控制任务，即完成DDC控制，第一级计算机和第二级计算机之间的数据通信，通常采用串行数据链路规程，传送效率一般较低。
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第一节 概 述
一、CAN总线的特性 二、CAN总线的位数值表示与通信距离
一、CAN总线的特性
1. CAN的特点 2. CAN数据传输系统的优点 3.传输线颜色特点
1. CAN的特点
1)CAN支持从几千到1Mbit／s的传输速率。 2)使用廉价的物理传输媒介。 3)数据帧短，实时性好，降低了有效数据传输 的速度。 4)错误检测校正能力强，系统可靠性高。 5)多站同时发送信息，模块可以优先获取数据。 6)能判断暂时错误和永久错误的节点，具有故 障节点自动脱离功能。 7)大部分CAN在丢失仲裁或出错时，具有信息 自动重发功能。
10，20，50，125，250，5 00，800，1000
双线制，屏蔽式双绞 线
双线制，屏蔽式双绞 线，供给电压12V
双线制，双绞线（无 屏蔽）
单线制
双线制，屏蔽式双绞 线，供给电源，供给电 压24V
双线制，屏蔽式双绞 线，供给电源，供给电 压24V
双线制，双绞线，选 用（屏蔽，电源）
载货汽车，大型客车
表3-1 CAN总线任意两节点之间的最大传输距离
位速率 1000 500
250
125
100
50
20
10
5
/（Kbit
/s）
最大距 40 离/m
130
270
530
620
1300 3300 6700 10000
一、概述
CAN技术的应用推广，要求通信协议标准化。1
9范9(1V年er9s月io，n2B.0o)，sch该公技司术制规定范并包发括布A了和CBA两N技部术分规。
数据字节数
0 1 2 3 4 5 6 7 8
DLC DLC3 0 0 0 0 0 0 0 0 1
DLC2 0 0 0 0 1 1 1 1 0
DLC1 0 0 1 1 பைடு நூலகம் 0 1 1 0
DLC0 0 1 0 1 0 1 0 1 0
② LLC远程帧。由标识符场和DLC场组成， 如图3-4所示。
(2)媒体访问控制
2. CAN数据传输系统的优点
1)将传感器信号线减至最少，更多的传感器信 号进行高速数据传输。 2)组网自由，功能扩展能力强。 3)总线利用率高，数据传输距离长，可达10km； 数据传输速率高，可达1Mbit／s。 4)CAN总线符合国际标准，便于一辆车上不同 生产厂家的电控单元间进行数据交换。 5)电控单元实时监测。 6)电控单元和电控单元插接器端子最小化应用， 节省电控单元的有限空间。 7)节省大量有色金属，成本相对较低。
农业机械
汽车（高速：动力传 动系统）
汽车（低速：车身系 统）
船舶
工业设备
工业设备
SDS
50，125，500，1000
双线制，屏蔽式双绞 工业设备
线选用（电源）
电通信 光通信
表3-3 通信协议按速度分类
等级 A B C D
通信速率/（Kbit 用 途 ／s）
协议
0～10（车身 系统）
照明装置、电 低速CAN 动车窗、电动座 （0～125Kbit／ 椅、中央门锁等 s），LIN
1)功能模型 ① 发送部分功能。 ② 接收部分功能。 2）MAC帧结构 ① 数据帧。 ② MAC远程帧 ③ 出错帧。 ④ 超载帧。 ⑤ 帧间空间。
1)功能模型
接收媒体访问管理:由 物理层接收串行位流； 解除串行结构并重新 构建帧结构；检测填 充位(解除位填充)； 错误检测(CRC、格式 校验、填充规则校验)； 发送应答；构造错误 帧并开始发送；确认 超载条件；重新激活 超载帧结构并开始发 送。
一、概述
名称 SAE J1939—11 SAE J1939—12 SAE J2284 SAE J2411 NMEA⁃2000
Device Net CANopen
表3-2 CAN协议与相关标准
位速率/（Kbit／s）
规格
使用范围
250
250
500 33．3，83．3 62．5，125，250，500，1 000 125，250，500
3.传输线颜色特点
CAN总线基本颜色为橙色；CAN-L(低位)均为 棕色；CAN-H(高位)中的驱动系统传输线为黑 色，舒适系统传输线为绿色，信息系统传输线 为紫色。
二、CAN总线的位离数值表示与通信距
图3-1 总线位的数值表示
第二节 CAN协议
一、概述 二、CAN的分层结构 三、不同版本通信协议与互联
1.数据链路层 2.物理层
图3-2 数据链路层和物理层功能框图
1.数据链路层
(1)逻辑链路控制(LLC) (2)媒体访问控制
(1)逻辑链路控制(LLC)
2)LLC帧结构。 ① LLC数据帧。由3个位场，即标识符场、数
据字长度码(DLC)场和数据场组成，如图3-3 所示。
表3-4 由DLC表示的数据字节数编码
10～125（状 态信息系统）
组合仪表、驱 动信息、自动空 调、故障诊断
J1850，VAN
125～1000
发动机、自动 高速CAN（12
（实时控制系统） 变速器、ABS、 5～10000Kbit／s）
电子悬架等
50000（多媒 — 体）
D2B光纤通信， MOST，IEEE 13
94
二、CAN的分层结构
图3-5 媒体访问控制功能
3)MAC帧编码和发送／接收
图3-7 MAC远程帧
4)媒体访问和仲裁
图3-9 位发送次序
5)错误检测
① 错误类型 ② 错误界定规则
图3-8 帧间空间 a)非“错误-认可”或已收到先前帧节点的帧间空间 b)先前帧已发送“错误-认可
”节点的帧间空间
“错误激活”节点：可正常参 与总线通信，并在检测到错误 时，发出一个活动错误标志。
“错误认可”节点：不应发送 活动错误标志，并参与总线通 信，但在检测到错误时，发送 一个认可错误标志。认可错误 标志由6个连续的隐性位组成
“总线脱离”节点：当一个节 点由于请求故障界定实体而对 总线处于关闭状态时，其处于 “总线脱离”状态。
图3-10 节点错误状态转换
2.物理层
(1)物理层结构 (2)位时间 (3)同步
(1)物理层结构
图3-11 物理层结构
(2)位时间
图3-12 正常位时间的组成
(3)同步
1)在一个位时间内仅允许一种同步。 2)只有先前采样点检测到的数值(先前读总线数 值)不同于边沿后即现的总线数值时，边沿才被 用于同步。 3)总线空闲期间，当存在隐性至显性的跳变沿 时，即完成硬同步。 4)所有满足规则1)和2)的其他隐性至显性的跳 变沿和在低位速率情况下，选择的显性至隐性 跳变沿将被用于重同步；若只有隐性至显性沿 被用于重同步，由于具有正相位的隐性至显性 跳变沿，发送器将不完成重同步。