基于CAN总线技术的机舱报警系统

　　1　CAN总线概述

　　CAN(ControllerAreaNetwork),即控制局域网,是一种具有高可靠性、支持分布式和实时控制的串行通信网络。CAN为多主方式工作,网络上任意节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息,而不分主从,且无需站地址等节点信息,通信灵活。CAN协议模型结构只有3层,即只取OSI模型底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。物理层使用双绞线,数据链路层采用了具有优先级控制的载波侦听及冲突检验机制(CSMA/CD)。CAN的最大特点是可靠性高,其节点在错误严重的情况下具有自动关闭总线的功能,切断与总线的联系,使总线上其他操作不受影响。CAN总线的速率在40m内可达1Mbit/s,最大传输距离为10km,最大传输距离时的速率可达5kbit/s。每条CAN总线可挂接设备数最多可达110个,多条连用时,容量基本不受限制。

　　2　CAN总线在船舶中的应用

　　目前,CAN总线应用于船舶的基本网络模型如图1所示。

　　模型中网络分为2层结构,分别为上层网和下层网(子网),子网通过网桥与上层网相连接。采用这种结构,网络中节点数理论上可以达到1000个,大大扩充了CAN网络容量,完全可以满足船舶监控系统的需要。

　　因为CAN协议本身没有考虑冗余的结构,所以各CAN系统自行设计了冗余方案,其中常见的做法有2种:一种是子网中每个CAN节点都有2个CAN通信模块,同时铺设2路总线,当一路总线出现故障时,自动启用备用总线通信;另一种是每个子网采用环形拓扑结构,实现方法是只在CAN网桥与子网连接的一端保留2个CAN通信模块(主干网可采用类似的方法),分别接子网总线的两端,构成环形,这样每个节点可以在两个方向上与其他节点通信,某一处总线断开不影响系统正常工作。

　　3　CAN通信模块的设计

　　下面结合所开发的模块实例,简要介绍以CAN通信模块开发的一般方法及软硬件问题的解决。

　　3.1　下位节点的设计

　　本例中CAN网络节点的结构如图2所示。

　　其中, 80C196KC是Intel 16位微控制器,内置有16K ROM,488B寄存器RAM,A/D转换器,看门狗定时器等。其工作频率可达20MHz,适用于实时控制系统。SJA1000是新型的CAN独立通信控制器,支持CAN2.0A和2.0B两种规范,可完成物理层和数据链路层的所有功能。通信波特率最高可达1Mbit/s。另外,PeliCAN扩展了很多新功能,包括:可读/写访问的错误计数器;可编程的错误报警限值;最近一次错误代码寄存器;具体控制位控制的位仲裁丢失;单次发送(失败后无重发);支持热插拔等。

　　82C250是CAN控制器与物理总线之间的接口部件,可完成对总线的差动发送和接收功能。82C250与ISO/DIS 11898标准完全兼容,具有抗瞬间干扰、降低射频干扰、热保护、总线与电源及地之间的短路保护等能力,可支持多达110个节点相连。