CAN总线的双机冗余系统设计说明
星载计算机双冗余CAN总线模块设计与实现
（ １ ． Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ － ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｓ ｈ ｎ ａ ｇ ｈ ａ ｉ ２， ０ ９ ０ ５ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
片 级 设 计 逐 渐 成 为 趋 势 。基 于 Ｉ Ｐ ＇ ｃ ｏ ｒ ｅ ｓ （ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍ ｐ ｌ ｅ ｘ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｓ） 复用的 Ｓ ｏ Ｃ技 术 ， 是 卫 星研 制 中降
１期 第 ２ ３卷 第 ２
Ｖ ０ １ ． ２ ３ Ｎｏ ． ２ １
电子设 计工 程
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ５年 １ １月
ＮＯ Ｖ ． ２ ０ １ ５
星载计算机 双冗余 Ｃ Ａ Ｎ 总线模块设计 与实现
ｃ ｏ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｉ ｍｅ － ｃ ｏ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｈ ａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ａ ｌ ｌ ｎ ｅ ｗ ｒ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ａ ｎ ｔ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｆ ｏ ｒ Ｃ ＡＮ ｂ ｕ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｓ ｍａ ｔ ｒ Ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ２ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｍｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｉ Ｐ － ｅ ｏ ｒ ｅ ｓ ． Ｉ ｔ ｍａ ｋ ｅ ｓ Ｏ ｉ ｌ ， ｂ ｏ ａ ｒ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｈ ａ ｓ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒａ ｇ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｗｅ ｒ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｈ ｉ ｌ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｓ ｏ Ｃ； Ｉ Ｐ — ｃ ｏ ｒ ｅ ｓ ；Ｃ ＡＮ ｂ ｕ ｓ ；ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ／ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ Ｃ ｏ Ｃｌ ａ ｓ ｓ Ｎｕ ｍｂ ｅ ｒ ： Ｔ Ｎ９ ９
双冗余CAN总线设计及可靠性分析
双冗余网络在励磁装置中的应用及可靠性分析李志军杨彦杰（河北工业大学, 天津300130 ）摘要:为了保证励磁装置的通讯可靠性，本文基于CAN总线的相关理论和技术特点,提出了一种双冗余容错的CAN网络设计理念，采用双模冗余结构同时运行的设计方案，对总线控制器、驱动器、传输介质进行了全面冗余。
设计了基于dsPIC 30F6014的带冗余CAN通道的节点硬件部分和适合于励磁装置的CAN总线应用层协议，编制了相关的通讯程序。
并分别对单通道CAN和双冗余CAN网络拓扑结构进行了可靠性分析。
最后，通过试验验证了冗余总线设计方案的可行性和可靠性。
关键词：励磁装置，可靠性，双冗余通讯，CAN网络，dsPIC中图分类号：TM712 文献标识码：文章编号：1.说明励磁控制装置是同步发电机的一个重要组成部分，其主要作用是维持发电机端电压处于给定水平。
一般由励磁调节单元、励磁功率单元、灭磁保护单元三部分构成[1]。
数字式励磁装置中的每个单元的核心处理工作都由微处理器来完成，在系统运行期间，需要在各个单元之间传递模拟量、开关量以及可修改的参数等数据信息。
因此需要通过为每一个单元集成 CAN 通讯接口并将各个接口连接成一个现场总线网络的设计方案,来实现各单元之间数据的实时传输和通讯。
虽然CAN协议自身有比较强的检错和纠错能力，但是在工业控制现场的复杂环境中，机械和电磁的噪声等都会影响CAN总线的可靠通信，进而使得系统的整体可靠性大大降低[2]，解决这个问题的有效办法是采取冗余设计。
为了提升CAN总线在励磁控制系统中通讯的可靠性，本篇论文介绍了一种基于dsPIC[3]的双路CAN总线冗余通讯设计方案，并进行了可靠性分析。
2.冗余通讯系统的设计方案和硬件实现冗余设计一般包括部分冗余和全面冗余方法[4]。
由于部分冗余设计通常仅实现了物理介质和物理层的冗余，CAN总线通信的实时性和可靠性仍不能得到有效保证。
全面冗余方法对传输介质、数据链路层及物理层甚至是应用层都进行了全面的冗余，因此可以大幅度提升系统的可靠性。
基于STM32F105微控制器的双CAN冗余设计方案
基于STM32F105微控制器的双CAN冗余设计方案控制器局域网（Contro llerA reaN etwo rk, CAN）是一种多主方式的串行通讯总线。
CAN 总线具有较高的位速率，很强的抗电磁干扰性，完善的错误检测机制，在汽车、制造业以及航空工业领域中得到广泛应用。
由于船舶机舱环境极为恶劣，且船舶航行过程中维修条件不如陆上，对CAN 通信的可靠性要求很高，采取双CAN 冗余总线提高通信可靠性。
本文提出一种基于STM32F105 微控制器的双CAN 冗余设计方案。
1 硬件平台组成STM32F105 是STM icroe lectron ics 公司推出的一款基于ARM Co rtex- M3 内核的32 位微控制器，其内核是专门设计于满足高性能、低功耗、实时应用的嵌入式领域的要求。
由于采用Thumb - 2 指令集，与ARM7 微控制器相比STM32 运行速度最多可快35% 且代码最多节省45% 。
较高的主频和代码执行效率使系统在进行CAN 总线数据收发的同时仍可运行总线冗余算法。
STM32F105 微控制器内部集成2 路独立的CAN 控制器，控制器集成在芯片内部，避免了总线外扩引入的干扰，同时简化了电路设计、降低成本。
系统使用两条完全独立的CAN 总线，两个CAN 总线收发器和总线控制器，实现物理层、数据链路层的全面冗余。
在初始化时两个控制器被同时激活，一个作为主CAN, 另一个作为从CAN, 为主控制器的备份。
正常运作时，数据通过主CAN 优先发送；当主CAN 总线繁忙时，从CAN 总线分担部分通信流量；而当主CAN 总线发生故障时，数据转移至从CAN 控制器传输，反之亦然。
在任一总线发生故障时，数据都能经由另一条总线传输，而当两条总线都正常时，使用两总线同时传输，增加约1 倍的通信带宽，这样在保证了通信可靠性的同时提高了实时性。
冗余CAN总线高可用计算机系统设计与实现
冗余CAN总线高可用计算机系统设计与实现郑欢欢;戴航;张慧翔【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2012(33)3【摘要】设计了一种基于双冗余CAN总线、支持可更换操作的高可用计算机系统.介绍了高可用计算机系统r的组成和更换模式；设计了基于控制器级冗余的通讯系统结构；采用MPC8313处理器实现了高可用计算机原型系统.验证实验表明,该系统实现了计算机模块的可更换,具有较高的可靠性和可用性.%A high available computer system is designed which is used double redundant can -bus and supports operation of replacement. Firstly, the form of computer system,replacement pattern and the design of communication system are introduced. Secondly, the structure of communication system is designed which is based on the redundant of can - controller. At the end, the computer prototype with high availability is used the processor ofMPC8313. The system test result shows that the system has achieved the replacement of the computer modular .has characteristics of high reliability and practicality.【总页数】4页(P77-79,83)【作者】郑欢欢;戴航;张慧翔【作者单位】西北工业大学自动化学院,西安710072;西北工业大学自动化学院,西安710072;西北工业大学自动化学院,西安710072【正文语种】中文【中图分类】TP336【相关文献】1.星载计算机双冗余CAN总线模块设计与实现 [J], 刘蕾;常亮;李华旺2.双冗余容错计算机系统的设计与实现 [J], 陈德熙;徐瑛3.基于DSP的无人机双冗余飞控计算机系统设计与实现 [J], 顾锐;杨辉4.双冗余飞行控制计算机系统设计与实现 [J], 石贤良;吴成富5.冗余以太网/CAN总线动态仿真节点的设计与实现 [J], 吴梦馨;尹泉;王庆义因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
CAN双通道冗余步进电机控制系统设计
ｉｎ ｆ ａ ｌ ｌ ｙ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｗａ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ：ＣＡＮ ｂ ｕ ｓ；ｒ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ａ ｎ ｃ ｙ； ｓ ｔ ｅ ｐ— ｍｏ ｔ ｏ ｒ ；Ｐ Ｉ Ｃ１ ６Ｆ８ ７７
关键词 ： Ｃ Ａ Ｎ 总线 ； 冗余 ； 步 进 电机 ； Ｐ Ｉ Ｃ １ ６ Ｆ ８ ７ ７ 中图分类 号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ； Ｔ Ｇ ６ ５ 文 献标识 码 ： Ａ
Ｄｕａ ｌ Ｃｈａ ｎ ｎｅ ｉ Ｒｅ ｄｕ ｎｄ ａ ｎｔ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ Ｓｔ ｅ ｐ ｐｉ ｎ ｇ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＣＡＮ Ｂｕｓ
Ｐ Ｉ Ｃ１ ６Ｆ８ ７７ ｓ ｉ ｎ ｇｌ ｅ— —ｃ ｈ ｉ ｐ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｕｎ ｉ ｔ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＣＡＮ ｂ ｕ ｓ ｄ ｕ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｒ ｅ － －
文章编号 ： １ ０ ０ １— ２ ２ ６ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７— ０ ０ ６ ２— ０ ３
Ｃ Ａ Ｎ双 通 道冗 余 步 进 电机控 制 系统设 计 术
方 力 ， 张建华 ， 刘 汉 忠
（ 南京工 程学 院 自动化 学院 ， 南京 ２ １ １ １ ６ ７ ）
摘要 ： 针对一 些特 殊场 合 系统 的可 靠性 要 求 ， 论 文设 计 了以双 Ｐ Ｉ Ｃ １ ６ Ｆ ８ ７ ７单 片机 为核 心 主控 单元 ， 在 Ｃ Ａ Ｎ总线双通道 冗余技 术方 法的基 础上 ， 以 两相 步进 电机 为控制 对 象， 采 用 细分控 制算 法控 制步进 电 机， 给 出了冗余控 制 系统主要硬件 电路 以及控制 算法 ， 最后 给 出了实验 波形 ， 并对 实验结果进行 了分析 。
基于CAN总线的双通道冗余无刷直流电动机控制系统
具有 良好 的控制性能及动态特性 。
关键词 ： Ａ Ｃ Ｎ总线 ； 双通 道 ； 无刷直流 电动机 ； 冗余
中图分 类号 ： Ｍ３ １ Ｔ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ４ ７ １ （０ １ １ — ｏ ４ ｏ １ ０ － ０８ ２ １ ） １ ０ ４ 一 ４
Ｄｕ ｌ Ｃｈ ｎ ｅ ｄ ｎ ａ ｔＢｒ ｓ ｌｓ ａ － ａ ｎ ｌＲｅ ｕ ｄ ｎ ｕ ｈｅ ｓＤＣ ｏｏ ｎ ｒ ｌＳ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ ＣＡＮ Ｓ Ｍ ｔ ｒＣｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｓｄ ｏ ＢＵ
Ｆ Ｎ Ｈ ｉ ｅｇ ，Ｈ Ｎ ｏｇ ｓｅｇ ，Ｈ Ｎ ｉ ｍ ｎ Ａ ａ－ ｎ Ｃ Ｅ Ｄ ｎ － ｈｎ Ｚ Ａ Ｇ Ｙ— ｉ ｆ ｇ
（ ｅ ｉｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ， ｅ ｉｇ１０ ， ｈ ａ Ｂ ｉｎ ｎｖ ｓ ｙ ｆ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｂ ｉｎ ０ ４ Ｃ ｉ ） ｊ ｅ ｉ Ｔ ｏ ｊ １ ２ ｎ
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双余度 无刷 直 流电动机
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图 １ 总体设计结构框图
基于CAN总线的多机冗余系统的设计
基于CAN总线的多机冗余系统的设计
孙立辉;原亮
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2002(010)012
【摘要】分析了传统多机冗余系统不足之处以及CAN总线特点,提出了一种基于CAN总线的多机冗余系统设计方法.该方法可以大幅度提高系统的可靠性,并实现从机到主机的无扰切换,且可使系统易于维护、成本低廉、开放性好.
【总页数】3页(P824-826)
【作者】孙立辉;原亮
【作者单位】河北经贸大学信息技术学院,河北,石家庄,050061;军械工程学院计算机教研室,河北,石家庄,050003
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于ZigBee和CAN总线冗余系统智能节点硬件设计 [J], 李宁旭;曹谢东;何跃
2.基于CAN总线的双机冗余系统设计方法 [J], 孙立辉;原亮
3.基于CAN总线的双机冗余系统设计方法 [J], 孙立辉;原亮
4.基于CAN总线的多机械手并行任务控制系统设计 [J], 李春龙;邹鲲;陆晨;吕琳烨;叶勇
5.基于CAN总线的电动客车电控系统多机通信模型设计 [J], 盛姣
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高可靠性CAN总线网络的冗余设计
，
Ｒ ｍｎ ｉ×Ｒ ｍ ｉ
‘ 瓦
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式 中：ｍ 为系统 接入 的最 大节点数 ，Ｄ 为所用 电缆的单位 长度 ｎａ ￣ ｆ …
的最大 电阻率 ， … ｍ 为输 出显性 位时最小 差动 电压 ， ｔ￣１ ） Ｖ ｍ Ｖｈ （ 为接收 ． Ｖ ｍ 显性 位 最 大 阈值 电压 ， ｆｌ ０ １ ，（ ＫＤ） Ｇｉ ｎ ｍ２ 为节 点 最小 差 动 输 入 电阻 ， Ｒ （１ ｎ） １８ 为最小终端 电阻。 最大总线 长度 还与总线 电缆单 位长度的 电阻率成 反比。 由于不 同 类型 电缆的 电阻率不 同 ， 所有其最 大总线 长度也有很 大差别 。若差 动 系数 Ｋ 为 ｏ２ 则 在 最坏 情 况 下 ， 得 出总 线 电 缆 电阻 Ｒ 必 须 小 于 ．， 可 １ Ｑ； 常情况下 ， ５ 正 差动系数 Ｋ 为 ０２时 ， ． 总线 电缆 电阻 Ｒ 小于 ４ ｎ即 ５
高可靠 牲 Ｃ ＡＮ总线 网络昀冗宗 设计
罗定职 业技 术 学院 刘永 富
［ 摘 要］ 着现 场总线技术的不 断发展 ， ＡＮ总线广泛应用于分布式检 测和控 制 系统 中。 虽然ＣＡ 随 Ｃ Ｎ的基本协议在 可靠性方面提供 了一些 策略 和保证 ， 但在 工作环境 恶劣 、 求 高可靠性的场 合 ， 要 为了工程 实际应 用的需要 ， 必要进行 高可 靠性 Ｃ Ｎ 网络 的设计 。 有 Ａ 本 文从 电路 的硬 件设计 、 电磁兼容 、 总线长度 、 通讯协议等 几方面分析 了其对 网络 可靠性的影响 ， 并加 以改进 ， 设计 了基 于单片机和 独立Ｃ ＡＮ总线控制 器的双 冗余 多功能节点 ， 进行 了硬件及程序 的开发 ， 实现 了冗余 Ｃ ＡＮ通信功能。 ［ 关键 词］ Ａ Ｃ Ｎ总线 网络可靠性 瓦余设计 节点 确地检测 到显性位 ， 接收节点必 须能接收到一定 的差动输入电压 ， 个 这 电压取 决于接收显性位 的阈值电压 Ｖ 和用户定义 的安全区 电压 。所 需 的差 动 输 入 电 压 可 由公 式 （．） 示 ： ２２ 表 Ｖ 一Ｖｔ＋ 州× 、 一 ｈ 疗 ｈ （ 沂 ） （ ．） ２２ 其中Ｋ 为决 定安全 区电压 的差 动系数 ， ０ １ 间取值 。由于接 在 ～之 收的差动输入 电压必须大 于检测显性位所需 的电压 ， 在极 限情况 下 ， 可
双冗余CAN总线模块的设计与实现
在 硬件 上 Ｃ ＡＮ 总 线 冗 余 模 块 要 求 使 用 相 同 两 套 Ｃ ＡＮ 设
可能短。在本设计中 ， 双冗余 Ｃ ＡＮ总 线 模 块 硬 件 配 置两 个 独 立 的Ｃ ＡＮ控 制 器 ， 并有 Ｆ Ｐ ＧＡ对 其 进 行 控 制 ， 软件通过读 取 Ｃ Ａ Ｎ 总 线 状 态 寄 存 器 判 断 是 否 进行 冗 余 切 换 动作 。 下 面 将 详 细 描 述 双冗 余 Ｃ Ａ Ｎ总线模块的硬件与软件设计 ，
摘 要
为 满 足 恶劣 环 境 下 计 算 机 系统 的 高可 靠性 需 求 ， 将 冗余技 术结合到 Ｃ ＡＮ 总 线 模 块 的硬 件 与 软 件 开 发 中 ， 介 绍 其 总 体
方案、 硬件及软件设计 方法， 重 点描 述 了在 Ｖ ｘ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ系统 下 的 驱 动 软件 实 现 ， 给 出 了部 分 实现 细 节及 设 计 流 程 。 测 试 结 果 表 明， 此设 计 可 成功 实现 Ｃ ＡＮ 冗余 模 块 在 总 线故 障情 况 下 的 冗余 切 换 ， 提 高 了设 备 可 靠 性 。
《 工业控制计算机） ２ ０ １ ３Ａ Ｎ总线模块的设计与实现
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｄｏ ｕ ｂ ｌ ｅ Ｒｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ａ ｎ ｔ
李 冬 （ 江苏 自 动化研究所， 江苏 连云港 ２ ２ ２ ０ ０ ６ ） 陈 睿 （ 江苏连云港市工商局 ， 江苏 连云港 ２ ２ ２ ０ ６ ９ ）
测试 ， 验 证 了本 设 计 的有 效 性 。
１ 总 体 设 计
由 隔 离 电源 转 换 模 块 提 供 。ＣＡ Ｎ总线 的复位信 号 由 Ｆ Ｐ ＧＡ 提 供， Ｃ ＡＮ 控 制 器 Ｓ Ｊ Ａ１ ０ ０ ０的 中断 信 号 输 出 到 Ｆ Ｐ ＧＡ。
冗余CAN总线系统设计
ｉＡＮ 两 种 Ｔ 作 方 Ｃ 式 ， ｅｉ Ａ 工 作 方 Ｐｌ Ｎ Ｃ 式 支 持 具 有 很 多 新 特 性 的 Ｃ ．Ｂ协 ＡＮ ２０
议 ［ ３ １
Ｓ Ａ１ ０ 通 过 Ｊ ００
图 １ 冗 余 ＣＡＮ 总 线 结 构 图
Ｃ Ｌ 是 复 杂 的 （ ｏ ｌ ）Ｐ Ｄ， 专 指 那 些 集 成 规 ＰＤ Ｃ ｍｐｅ ｘ Ｌ
模 大 于 １０ ０ ０门 以上 的可 编 程 逻辑 器 件 。它 的 特点 是 直 接 面 向用户 ，具 有 极大 的 灵活 性 ，使 用 方便 ，硬 件测 试
和 实现 快捷 ，开发 效率 高 ，成本 低 ，技术 维 护简 单 ，工
ＶＯＩ Ｏ． ５ － Ｎｏ． ２
Ｓｅｐ，００ ． ２ ７
冗余 Ｃ Ｎ 总 线 系统 设 计 Ａ
杨 亮 ， 贾庆 轩 ，孙 汉 旭
（ 京 邮 电 大学 自动化 学 院 ，北 京 １ ０ ７ ） 北 ０ ８６
摘 要 ：为 了提 高通信 系统 的可靠性 和稳 定性 ，研 究 了基 于 ＤＳ ＰＴＭＳ ２ Ｌ ２ ０ 、ＳＡ１０ ３ ０ Ｆ ４ ７ Ｊ ０ ０和 Ｐ Ａ８ Ｃ２ ０ Ｃ ２ ５
收 稿 日期 ：２ ０ — ７ ０ ０７ ０ — ８ 基 金项 目： 国 家 ８ ３项 目 （０ ４ Ａ ４ ０ ０ ６ ２ ０Ａ ７ ２５ ）
作 者简 介 ：杨 亮 （９ ２ ） 男 ，硕 士研 究 生 。研 究 方 向 ：机 械 １８ 一 ，
设 计 及 理论
作 可靠 性好 。基 于 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ的设 计 还 为调 试 和将 来 可扩 展 接 口 带 来 很 大 的 便 利 ，设 计 中 实 际 选 用 了
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课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要CAN总线的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。
它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。
随着功能强大的单片机在控制领域应用的不断深入,容错控制系统也在不断地发展,在一些特定的场合下,如在航空航天、军事、铁路、石油、化工、电力等重要部门和在恶劣工作环境下工作的计算机控制系统,对系统安全性、可靠性、可用性的要求更高。
双冗余系统的两个模块同时执行一样的操作,在其中一个模块出现故障的时候,可以自动判断切换,以保证系统稳定、可靠、不间断的工作。
双冗余系统不仅有较高的可靠性,而且有很高的安全性,因此在控制领域中可广泛应用。
关键词：CAN总线；单片机；双冗余系统；目录第1章绪论 (1)1.1CAN总线的发展 (1)1.2CAN通信特点 (1)1.3CAN总线的应用 (2)第2章课程设计的方案 (3)2.1系统整体结构 (3)2.2系统设计方案选择 (4)2.2.1主控机的选择 (4)2.2.2现场总线收发器选择 (4)2.2.3现场总线控制器选择 (5)第3章系统硬件设计 (6)3.1单片机最小系统设计 (6)3.2总线控制器设计 (7)3.3总线收发器设计 (8)3.4总体连接图 (9)第4章软件设计 (10)4.1主程序流程图 (10)4.2接收中断服务程序流程图 (11)4.3系统程序 (13)第5章课程设计总结 (16)参考文献 (17)第1章绪论1.1CAN总线的发展CAN (Controller Area Network) 是现场总线的一种，即控制器局域网，CAN 是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，是由德国Bosch 公司为汽车的监测和控制系统而设计的, 目前 CAN总线规范已被国际标准化组织 ISO 制订为国际标准 ISO11898，并得到了 Motorola，Intel，Philips 等大半导体器件生产厂家的支持，迅速推出各种集成有 CAN 协议的产品，用于汽车内部检测部件与执行部件间的数据通讯。
但随着时间的发展，其应用范围已不再局限于汽车工业，仅在国内，其应用已遍及过程控制、机械工业、智能建筑、智能电器、化学工业、码头货运、分布管理等领域，并且得到了快速发展。
CAN总线已形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。
1.2CAN通信特点与其它同类技术相比，CAN在可靠性、实时性、和灵活性方面具有独特的技术优势，其主要技术特点为：（1）CAN总线上任一节点均可在任意时刻主动地向其它节点发起通信，节点不分主从，通信方式灵活。
（2）可将CAN总线上的节点信息，按对实时性要求的紧急程度，分成不同优先级，最高优先级的数据可在最多134µs内得到传输，以满足控制信息的通信要求。
（3）CAN采用载波监听堕落访问、逐位仲裁的非破坏性总线仲裁技术。
一是先听再讲，二是当多个节点同时向总线发送报文而引起冲突时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响的继续传输数据，从而大大的节省了总线冲突仲裁时间。
（4）CAN的直接通信距离最远可达10Km（速率5Kb/s以下）；通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）。
（5）CAN上的节点数主要决定于总线驱动电路，目前可达110个，报文标示符可达2032种（CAN2.0A），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制。
（6）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。
（7）CAN节点中均设有出错检测、标定和自检的强有力措施。
出错检测的措施包括发送自检、循环冗余码检验、位填充和报文格式检查。
因而数据出错率低。
（8）CAN总线的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光线，选择灵活。
1.3 CAN总线的应用随着汽车电子技术的发展，消费者对于汽车功能的要求越来越多，汽车上所用的电控单元不断增多，电控单元之间信息交换的需求，使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线，这就促进了车用总线技术的发展。
CAN 总线的出现，就是为了减少不断增加的信号线，所有的外围器件都可以被连接到总线上由于CAN总线具有可靠性高、实时性好、成本合理等优点，逐渐被应用于如船舶、航天、工业测控、自动化、电力系统、楼宇监控等其他领域中。
电量采集及计量系统是一个较新的领域，涉及的专业多，系统管理的计量点数量庞大。
系统包括数十个变电站，数百多个计量点，应用最先进的计算机网络通信和控制技术，采用分层、分布、开放型结构，充分考虑了系统功能的全面性、实用性，实现变电站电能量的自动采集、传输、存储、分析、计费、管理、监控和WEB 发布功能。
目前在局域网上的用户通过IE 浏览器即可浏览该系统采集的各厂站的电能量数据；可了解到每天各市各县的供电量；可全面掌握电子式电能表的各种运行参数；可了解到各厂站每天的母线不平衡率、主变线损、全站线损情况。
同时该系统可与全市的大用户负荷管理系统接口，可进一步了解到各联络线线损和专线线损情况。
系统通过当地移动通讯部门，将手机卡安装在用户端加装的电量采集终端内，利用无线通讯技术和网络，随时采集用户计费表的表码、电流、电压、功率、失压记录等各种运行数据，实现了远程自动抄表、数据对比分析。
如果用户端有窃电行为，预设的报警功能可及时提醒。
第2章课程设计的方案2.1 系统整体结构本系统以MSP430F149单片机作为主控机,设计了一种基于CAN总线的双机冗余系统的设计方案，防止在其中一套系统出现故障时，另一套系统能立即启动，代替工作。
总体结构是通过单片机连接总线控制器、总线收发器、总线切换器，进行数据传递并控制工作。
本方案以MSP430F149单片机作为主控核心，与CAN总线控制器SJA1000完成通信协议。
CAN总线收发器TJA1050、总线切换器、总线控制器等模块组成核心主控制模块。
总线切换器进行主站从站工作的切换，使当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间。
系统设计的总体方框图如图2.1所示。
图2.1为总体框图2.2系统设计方案选择根据上述系统要求，本系统应由主控制器、现场总线收发器、现场总线控制器、上位机等几部分组成。
主控机和执行器的选型关系到系统的实用性、经济性和可靠性等方面，因此器件的选型显得尤为重要。
下面依次对各个组成部分进行选择。
2.2.1主控机的选择常用的主控机是方案一中的单片机，但本次课程设计，考虑到节约成本，方便简单等方面的综合因素，选用方案二中的单片机作为主控制器。
考虑到本系统程序部分较大，而且要求经济实用，处理速度快，综合考虑选择方案二。
方案一：采用AT89C51单片机作为主控制器，AT89C51片内存储器采用闪速存储器，使程序写入更方便；芯片尺寸小，使整个硬件电路更小。
此外价格低廉、性能比较稳定，CPU具有8K8ROM、2568RAM、2个16位定时计数器、4个8位I/O接口。
AT89C51是一种低功耗、低电压、高性能的8位单片机。
方案二：采用MSP430F149单片机作为主控机。
MSP430F149具有低成本和超低功耗的特点，闪存高达16KB，具有通用串行通讯接口和10位ADC，处理速度极快。
MSP430F149是一种16位处理器单片机，与8位单片机相比占绝对优势。
2.2.2现场总线收发器选择总线的一个非常重要的特点是它对多通信介质的支持。
CAN总线可以根据不同的现场环境选择不同的收发器和介质。
在本次课程设计中，要求总线连接110个节点，速率达到1Mbps，但是由于TJA1050在待机模式下关闭发送器和过热保护等更加完善的功能，所以本次课程设计中的现场总线收发器，选择方案一，即TJA1050总线收发器。
方案一：TJA1050收发器。
TJA1050收发器是 Philips公司生产的、用以替代PCA82C250的高速的CAN总线收发器。
该器件提供了CAN控制器与物理总线之间的接口以及对CAN总线的差动发送和接收功能。
TJA1050与ISO11898标准完全兼容，具有过热保护，总线与电源及地之间的有短路保护功能。
方案二：PCA82C250/251收发器。
PCA82C250/251收发器是协议控制器和物理传输线路之间的接口。
此期间对总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力，可以在汽车和一般的工业应用上使用。
PCA82C250/251收发器完全符合ISO11898标准高速率，最高可达到1Mbps，可连接110个节点，工作温度范围为-40～125℃。
2.2.3现场总线控制器选择按照本次课程设计的具体要求，并且考虑到成本以及安全性能，本次课程设计的总线控制器选择方案一，即SJA1000控制器。
方案一：82C200总线控制器。
有PAC82C200和PCF82C200两种类型。
前者的使用温度范围为-40～+125℃，适用于汽车及某些军用领域；后者适用于一般工业领域，温度范围是-40～80℃。
82C200具有完成高性能通信协议所要求的必要特性。
通过简单地连接即可完成CAN总线协议物理层和数据链路层的所以功能，应用层由微控制器完成。
方案二：SJA1000总线控制器。
SJA1000是一种独立控制器，用于汽车和一般工业环境中的局域网络控制。
它是Philips公司的PCA82C200CAN的替代产品。
而且，它增加了新的工作模式，并且这种模式支持具有很多新特点的CAN2.0B协议。
按照本次课程设计的具体要求，并且考虑到成本以及安全性能，本次课程设计的总线控制器选择方案一，即SJA1000控制器。
第3章系统硬件设计3.1单片机最小系统设计MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗单片机，其中包括一系列部件，它们由MSP430单片机的CPU，以及针对不同的应用而提供的外围模块组成。
MSP430F149具有低成本和超低功耗的特点，闪存高达16KB，具有通用串行通讯接口和10位ADC，处理速度极快。
MSP430F149是一种16位处理器单片机，与8位单片机相比占绝对优势。
MSP430系列单片机具有16位RISC结构，运算能力较强，并具有丰富的片内外设，具有非常广泛的应用范围。
MSP430F149单片机的主要特性有以下几点：低电源电压范围：1.8～3.6V.超低功耗：2.5 @ 4KHz,2.2V；280 @ 1MHz,2.2V。
5种节电模式：LPM0～LPM4，其中LPM4耗电最省，仅为0.1。