智能總線通信適配器設(shè)計(jì)

1、湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目：智能總線通信適配器設(shè)計(jì)作 者 羅 狄 屆 別 2015屆 院 別 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 指導(dǎo)教師 陸 金 忠 職 稱 教 授 完成時(shí)間 2015年5月 10日 29摘 要CAN全稱為“Controller Area Network”，也就是大家所說(shuō)的控制器局域網(wǎng)。本文首先在引入CAN現(xiàn)場(chǎng)總線概念的基礎(chǔ)上，論述介紹了CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的現(xiàn)在狀況和未來(lái)的發(fā)展方向，分析系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信模塊等關(guān)鍵技術(shù);最后設(shè)計(jì)一個(gè)較簡(jiǎn)單的CAN現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它

2、們各自都具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，成為能獨(dú)立承擔(dān)某些控制、通信任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)2。它對(duì)自動(dòng)化領(lǐng)域的變化，就像計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)計(jì)算機(jī)之間的功能和作用的變化。如果說(shuō)，把人類帶到信息時(shí)代是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，那么現(xiàn)場(chǎng)總線的作用就是讓自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和設(shè)備加入到了信息網(wǎng)絡(luò)的行列，成為了企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層，讓企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直拓展到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。所以把現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)比喻成一個(gè)控制技術(shù)新時(shí)代的開端并不過(guò)分。 本人首先介紹了什么是總線，把總線的概念引進(jìn)本文中，在熟悉了解了總線的概念的同時(shí)，引進(jìn)CAN總線的概念和理念。并介紹CAN總線的現(xiàn)在狀況和未來(lái)發(fā)展情況。后來(lái)又介紹了CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理。在第二部分中會(huì)了

3、解CAN總線系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)，CAN總線系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，CAN總線系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和CAN總線系統(tǒng)通信協(xié)議模型。在第三部分會(huì)介紹CAN總線系統(tǒng)的工作原理。第四部分主要介紹了CAN總線系統(tǒng)在中央空調(diào)控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。關(guān)鍵詞：CAN現(xiàn)場(chǎng)總線；現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)；通信模塊AbstractCAN stands for "Controller Area Network", the controller area network is everyone talking about. Firstly, based on&#

4、160;the introduction of CAN field bus concept, introduces the CAN fieldbus system present situation and the future direction of development, analysis of the key technologies of the system network structure and communication module; fin

5、ally, the design of a relatively simple CAN fieldbus control system.Measurement and control instruments of CAN fieldbus technology will bededicated microprocessors into traditional, so that they each have digital computing and communication capabilit

6、ies, network node becomes can takesome control, independent communication task 2. The changes it brings to the automation field, change as computer network to the computer between the function, effect. If the computer network

7、, the human into the information age, sofield bus enables network system control tasks and equipment into the ranks ofthe underlying information network, become the enterprise information network,the coverage of enterpri

8、se information communication has been extended to theproduction field. So the field bus technology as the beginning of a new era of control technology is not too much.I firstly introduce what is the bus, the bus is introduced

9、 in this paper, the familiar with the bus concept at the same time, the concept and introduce the concept ofCAN bus. And introduces the CAN bus now and future development. Then this paper introduces the structure and principl

10、e of CAN Fieldbus system. In the second part will understand the system structure for CAN bus system, CAN bussystem, the topology structure and communication protocol of CAN bus system model of CAN bus system. In the third part wi

11、ll introduce the working principle of the CAN bus system. The fourth part mainly introduces the CAN bus system in the design and application of the control system of central air conditioner.Key words: CAN Bus ;Fieldbus Control System;communication module目 錄摘 要

12、IABSTRACTII1緒 論11.1 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展?fàn)顩r和它的前景11.2 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的概念11.2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線的簡(jiǎn)介11.2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)形成21.2.3 什么是CAN總線31.2.4 CAN總線的特點(diǎn)41.2.5 CAN總線的技術(shù)規(guī)范52.CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理62.1 CAN總線系統(tǒng)的構(gòu)成62.2 CAN總線系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)72.3 CAN總線系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)72.4 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議模型83.CAN現(xiàn)場(chǎng)總線工作原理93.1 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的位數(shù)值表示93.2 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的幀結(jié)構(gòu)103.3 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線仲裁方式123.4 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線錯(cuò)誤檢測(cè)124.系統(tǒng)設(shè)

13、計(jì)實(shí)例CAN總線在中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用134.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路134.2 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)144.3 硬件設(shè)計(jì)164.4信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)174.5 CAN通信電路設(shè)計(jì)214.6 軟件設(shè)計(jì)234.7主程序設(shè)計(jì)244.8 AD轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)254.9設(shè)計(jì)小結(jié)27結(jié) 束 語(yǔ)28參考文獻(xiàn)29致 謝301緒 論1.1 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展?fàn)顩r和它的前景 CAN最早是由德國(guó)Bosch 公司在80年代推出的，應(yīng)用于汽車內(nèi)部測(cè)量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信，也適用于工業(yè)過(guò)程控制與工業(yè)設(shè)備與監(jiān)控設(shè)備之間的互連。由于它的高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性以及獨(dú)特的設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、

14、交通工具、醫(yī)療器械以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。因而CAN現(xiàn)場(chǎng)總線越來(lái)越受到工業(yè)界的重視，也已經(jīng)被公認(rèn)為最有前途的幾種現(xiàn)場(chǎng)總線之一。因此CAN也將在中國(guó)迅速普及推廣。盡管CAN以經(jīng)發(fā)展多年，也很受人們重視，但它仍然在發(fā)展完善。比如基于安全方面的考慮和安全臨界應(yīng)用等，德國(guó)專業(yè)協(xié)會(huì)BIA和德國(guó)安全標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)TuV已經(jīng)確認(rèn)一了些現(xiàn)有的基于CAN的安全系統(tǒng)。例如：CANopen安全就是第一個(gè)得到BIA試驗(yàn)性批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)CAN解決方案。在其他方面，這個(gè)規(guī)范定義了從CANopen網(wǎng)絡(luò)到冗余總線系統(tǒng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。就是這樣的不斷完善，相信CAN總線會(huì)更好地適用于各種領(lǐng)域的應(yīng)用。1.2 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的概念1.2.1

15、 現(xiàn)場(chǎng)總線的簡(jiǎn)介要了解CAN現(xiàn)場(chǎng)總線，首先要了解現(xiàn)場(chǎng)總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)儀表、現(xiàn)場(chǎng)電器，設(shè)備及控制室主機(jī)系統(tǒng)之間的一種開放的、雙向的、多站、全數(shù)字化的通信系統(tǒng)，屬于自動(dòng)化控制領(lǐng)域中較低層的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)里規(guī)定了控制系統(tǒng)里一定數(shù)量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備怎樣相互交換數(shù)據(jù)。傳輸數(shù)據(jù)的媒介有：電線電纜、電話線、光纜、無(wú)線電等等?，F(xiàn)場(chǎng)總線是指在現(xiàn)場(chǎng)使用的總線技術(shù)。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)接線方式是并聯(lián)接線。PLC（可編程序邏輯控制器）控制各個(gè)電器元件，每個(gè)元件相對(duì)應(yīng)有一個(gè)I/O口，需要用兩根線對(duì)兩者進(jìn)行連接，做控制或電源。整個(gè)系統(tǒng)的接線在PLC控制的電器元件數(shù)多到幾十個(gè)或幾百個(gè)時(shí)就會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜，很容易出

16、錯(cuò)，維護(hù)和施工都非常不便。針對(duì)這個(gè)，人們想把大量導(dǎo)線并到一起，只用一根導(dǎo)線將所有設(shè)備連起來(lái)，而這根導(dǎo)線將會(huì)承載所有的數(shù)據(jù)和信號(hào)流通，設(shè)備之間的通信及控制同時(shí)可以任意設(shè)置。這根線因此被稱作了總線。就像計(jì)算機(jī)內(nèi)部的總線概念一樣。只是系統(tǒng)的控制對(duì)象大都在工地、礦地現(xiàn)場(chǎng)，不像計(jì)算機(jī)主要用于室內(nèi)，因此這類總線被人們稱為現(xiàn)場(chǎng)的總線，現(xiàn)場(chǎng)總線就是其簡(jiǎn)稱。比較著名的現(xiàn)場(chǎng)總線有Foundation Fieldbus,LonWorks,PROFIBUS,HART,CAN等，CAN為本文的主題。 1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)形成控制系統(tǒng)大致發(fā)展到今天經(jīng)歷了以下四個(gè)階段:(1) 模擬儀表的控制系統(tǒng)模擬儀表的控制系統(tǒng)是在

17、六到七十年代應(yīng)用最廣的系統(tǒng)。其較突出的缺點(diǎn)有：模擬信號(hào)因位精度低而容易被干擾。(2) 集中式數(shù)字的控制系統(tǒng)集中式數(shù)字的控制系統(tǒng)是七到八十年代應(yīng)用最廣的系統(tǒng)。此系統(tǒng)的控制器采用了PLC、單片機(jī)或微機(jī)等，它內(nèi)部的傳輸為數(shù)字信號(hào)，因此克服了模擬儀表的控制系統(tǒng)里模擬信號(hào)的精度過(guò)低的缺點(diǎn)，因此提高了控制系統(tǒng)的抗干擾性能。此控制系統(tǒng)相比其他系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是容易按照全局情況作出控制判斷和計(jì)算，對(duì)于控制機(jī)時(shí)和空間方式的選擇則統(tǒng)一安排和調(diào)度，缺點(diǎn)是，此系統(tǒng)要求控制器本身的性能要高，比如相當(dāng)?shù)奶幚硇阅芎透呖煽啃允且欢ㄒ邆涞模刂破餍?，系統(tǒng)可靠性隨系統(tǒng)任務(wù)遞增而急劇下降。(3) 集散控制系統(tǒng)(DCS)集散控制系統(tǒng)D

18、CS是八到九十年代應(yīng)用最廣的系統(tǒng)。此系統(tǒng)的核心思想為管理與控制相分離；上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理，多臺(tái)下位機(jī)被用于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分散式控制，上下位機(jī)之間相互的信息傳遞則通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)互連來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，集中式數(shù)字控制系統(tǒng)里的缺陷則通過(guò)此分布式的控制體系結(jié)構(gòu)得以完善。(4 )現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)FCS是一種開放式系統(tǒng)，是一種開放的、徹底分散的、可互相操作性的分布式控制系統(tǒng)，很有可能成為新世紀(jì)控制系統(tǒng)的主流產(chǎn)品?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是通過(guò)把連接于總線上、作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的那些智能設(shè)備連接成一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而使其形成自動(dòng)化的系統(tǒng)，來(lái)達(dá)到基本控制，參數(shù)修改，補(bǔ)償計(jì)算，報(bào)警，監(jiān)控，優(yōu)化及控管一體化的全面自動(dòng)化功能。這是

19、一項(xiàng)綜合技術(shù)的主要內(nèi)容是智能傳感器，控制，網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字通信，計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)總線之所以一經(jīng)生成就受到全世界的廣泛關(guān)注，成為全球工業(yè)自動(dòng)化的熱點(diǎn)，就是因?yàn)樗c工業(yè)控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、分散化、智能化發(fā)展的方向極度的相適應(yīng)。受到現(xiàn)場(chǎng)總線的影響，現(xiàn)在生產(chǎn)的自動(dòng)化儀表、可編程空制器(PLC)在產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu)、集散控制系統(tǒng)(DCS)、結(jié)構(gòu)和功能方面產(chǎn)生了非常大的改革，具有數(shù)字通信功能的智能化數(shù)字儀表將逐步取代了傳統(tǒng)的模擬儀表，同時(shí)產(chǎn)生了一批具備控制、運(yùn)算、檢測(cè)功能集于一身的變送控制器。產(chǎn)生了具有反饋故障信息的執(zhí)行器?，F(xiàn)在的設(shè)備管理維護(hù)方法從根本上發(fā)生了改變。1.2.3 什么是CAN總線CAN （Controlle

20、r Area Network 的縮寫）是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議，是一種實(shí)時(shí)控制或者有效支持分布式控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。下面介紹一下CAN中的一些基本概念。（1）報(bào)文:就是總線上的信號(hào)，但長(zhǎng)度會(huì)有限。當(dāng)總線處于開放時(shí)，任何的連接單元都可以發(fā)送一個(gè)新的報(bào)文。（2）信息路由: 一個(gè)結(jié)構(gòu)信息的節(jié)點(diǎn)將不使用的系統(tǒng)在系統(tǒng)。它包含了一些非常重要的概念。報(bào)文通信: 郵件內(nèi)容由標(biāo)識(shí)符ID。但我不是原來(lái)的那個(gè)消息意圖命名，但數(shù)據(jù)的意義，為了便于在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的縮影，將使用消息篩選器確定是否他們啟動(dòng)數(shù)據(jù)。成 組:由于采用了報(bào)文濾波，所以所有節(jié)點(diǎn)都可接收?qǐng)?bào)文，并同時(shí)會(huì)被相同的報(bào)文所激活。數(shù)據(jù)相容性:CAN網(wǎng)絡(luò)中

21、，數(shù)據(jù)包可以被所有節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)收到了沒有，因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性是通過(guò)接觸組和錯(cuò)誤處理。（3）位速率:可以在不同的系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸速率是不同的，但在系統(tǒng)給出率是唯一確定的，并且是固定的。（4）優(yōu)先權(quán): 接入標(biāo)識(shí)總線在定義消息優(yōu)先級(jí)。（5）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求: 通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)發(fā)送另一個(gè)類似的數(shù)據(jù)幀和數(shù)據(jù)幀，遠(yuǎn)程幀和相應(yīng)的會(huì)在同一個(gè)標(biāo)識(shí)符ID命名。（6）仲裁: 當(dāng)總線是開放的，每個(gè)單元可以開始發(fā)送消息，如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的單元發(fā)送，總線訪問(wèn)沖突將采用逐位仲裁規(guī)則的解決方案，ID標(biāo)識(shí)符的幫助。仲裁規(guī)則將使信息和時(shí)間都沒有損失。如果具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，

22、將優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。在仲裁過(guò)程中，每個(gè)發(fā)射器將水平與總線電平發(fā)送檢測(cè)比較，如果相同的單位繼續(xù)發(fā)送。在發(fā)送一個(gè)“隱藏”的水平，但巴士為“主導(dǎo)”的水平，該單位將退出仲裁，沒有傳輸后，繼承王位。（7）安全性 : 為了使數(shù)據(jù)傳輸安全性更高，在每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)中都設(shè)有錯(cuò)誤檢測(cè)、標(biāo)定還有自檢的強(qiáng)有力的措施。檢測(cè)錯(cuò)誤的措施包含有：發(fā)送自檢、循環(huán)冗余校檢、位填充以及報(bào)文格式檢查。（8）出錯(cuò)標(biāo)注和恢復(fù)時(shí)間 ：已損報(bào)文由檢驗(yàn)出錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)對(duì)它進(jìn)行標(biāo)注。此類報(bào)文就會(huì)失效，并自動(dòng)進(jìn)行重發(fā)送。如果不存在新的錯(cuò)誤，從檢出錯(cuò)誤到下一個(gè)報(bào)文開始發(fā)送的恢復(fù)時(shí)間最多為29個(gè)位時(shí)間。1.2.4 CAN總線的特點(diǎn)CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)

23、。由于其應(yīng)用了很多新的技術(shù)和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)可概括如下：(1)通信方式靈活。CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)的向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，而且無(wú)需站地址等節(jié)點(diǎn)信息。利用這一特點(diǎn)可方便的構(gòu)成多機(jī)構(gòu)備份系統(tǒng)。(2)CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)最多可在134us內(nèi)得到傳輸。(3)CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁

24、時(shí)間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況。(4)CAN只需通過(guò)報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無(wú)用專門的“調(diào)度”。(5)CAN最遠(yuǎn)的直接通訊距離可以達(dá)到10km（速率5kbps以下）；通信速率可達(dá)到最高1Mbps（此時(shí)通信距離長(zhǎng)為40m）。(6)CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要由總線驅(qū)動(dòng)電路決定，現(xiàn)在可達(dá)110個(gè)；報(bào)文標(biāo)識(shí)符可以達(dá)到2032種(CAN2.0 A)，而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(CAN2.0B)的報(bào)文標(biāo)識(shí)符可以說(shuō)不受什么限制。(7) 可以用短幀結(jié)構(gòu)信息，傳輸時(shí)間短，干擾的概率是低的，所以，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率一般非常低。 （8）信息的每個(gè)幀都會(huì)有一個(gè)CRC校驗(yàn)和錯(cuò)誤檢

25、測(cè)和其他措施，效果很好。 （9）通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光纖，選擇靈活。 （10）CAN節(jié)點(diǎn)具有自動(dòng)關(guān)閉在嚴(yán)重故障的情況下的輸出功能，其他節(jié)點(diǎn)，在公共汽車上運(yùn)行不受影響。 （11）CAN總線具有很高的性能價(jià)格比。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于采集設(shè)備，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格較低，但也容易掌握的技術(shù)，充分利用了單片機(jī)的開發(fā)工具。1.2.5 CAN總線的技術(shù)規(guī)范CAN技術(shù)規(guī)范（Version2.0）由A和B兩部分組成。CAN報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)格式在2.0A中給出，而2.0B則給出了擴(kuò)展的和標(biāo)準(zhǔn)的兩種格式。 為達(dá)到設(shè)計(jì)執(zhí)行靈活，CAN僅采用了ISO/OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。數(shù)據(jù)鏈路層由媒體訪問(wèn)控制子層（

26、MAC）和邏輯鏈路控制子層（LLC）兩部分組成；物理層由三部分組成，分別為：物理媒體附件（PMA，Physical Medium Attachment ）、物理信令（PLS，Physical Signalling）與媒體接口（MDI，Medium Dependent Interface）三部分。下表為CAN協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)：表 1-1數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層（LLC）接受濾波超載通知恢復(fù)管理媒體訪問(wèn)控制子層(MAC)數(shù)據(jù)封裝/拆裝幀編碼（填充/解除填充）媒體訪問(wèn)管理錯(cuò)誤檢測(cè)出錯(cuò)標(biāo)定應(yīng)答串行化/解除串行化物理層物理信令（PLS）位編碼/解碼位定時(shí)同步物理媒體附件（PMA）驅(qū)動(dòng)器/接收器特征媒體接

27、口（MDI）連接器2.CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理2.1 CAN總線系統(tǒng)的構(gòu)成作為現(xiàn)場(chǎng)總線之一，可以是一個(gè)實(shí)時(shí)的控制能有效支持分布式控制或串行通信網(wǎng)絡(luò)，也屬于控制網(wǎng)絡(luò)。CAN總線系統(tǒng)，分別，和兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的原理，只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連成一體的通信介質(zhì)（如雙絞線）可以形成，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)交換信息和通信媒體。在一個(gè)可以通用的控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)：傳感器節(jié)點(diǎn)，控制器，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)和其他節(jié)點(diǎn)（如人機(jī)界面）。網(wǎng)關(guān)和其他網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)）互連的條件，為控制網(wǎng)絡(luò)也可以構(gòu)成一個(gè)大型復(fù)雜的控制網(wǎng)絡(luò)，如下圖所示：控制器1控制器2控制器檢測(cè)設(shè)備傳感器節(jié)點(diǎn)人機(jī)界面?zhèn)鞲衅鞴?jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)關(guān)其他網(wǎng)絡(luò)圖.總

28、線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.2 CAN總線系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)掛在總線上的執(zhí)行部件、傳感部件或控制器單元稱作總線上的節(jié)點(diǎn)。總線的網(wǎng)絡(luò)通信是以允許節(jié)點(diǎn)間對(duì)等的傳播數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。上位機(jī)和節(jié)點(diǎn)的微控制器之間的通信可以是雙向的，也可以是單向的，當(dāng)雙向的傳輸時(shí)，上位機(jī)可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的狀態(tài)值和數(shù)據(jù)值，實(shí)行調(diào)整或報(bào)警等反饋措施。構(gòu)成CAN節(jié)點(diǎn)的元器件是多種多樣的，在前面我們提到了典型的執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)、智能傳感器節(jié)點(diǎn)以及控制器節(jié)點(diǎn)。多樣性的節(jié)點(diǎn)形式，間接豐富了網(wǎng)絡(luò)的類型。在一個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)上，由于受限于總線收發(fā)器物理信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力，最多智能掛接110個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。2.3 CAN總線系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)學(xué)中的拓?fù)鋵W(xué)定義來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)是由一組節(jié)

29、點(diǎn)和鏈路組成的幾何圖形。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)是建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的第一步，是各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，它對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有很大的影響，可靠性和通信費(fèi)用。可以局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有多種，CAN總線網(wǎng)絡(luò)的概念引入的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是必然的和必要的。CAN總線主常見的4種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：（1） 總線拓?fù)溆蓡胃娎|連接網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)便構(gòu)成了總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這里的單根電纜即為總線，它只能支持一種信道，因此，總線的全部寬帶是被所有節(jié)點(diǎn)共享。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)與另一個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，總線網(wǎng)絡(luò)中其他所有節(jié)點(diǎn)都將被動(dòng)地偵聽該數(shù)據(jù)。在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收并處理收到的數(shù)據(jù)后，該數(shù)據(jù)才將被其他節(jié)點(diǎn)忽略。（2）環(huán)形拓?fù)洵h(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)由每個(gè)節(jié)

30、點(diǎn)與兩個(gè)最近的節(jié)點(diǎn)相連接而成，數(shù)據(jù)沿環(huán)單向發(fā)送。環(huán)中的節(jié)點(diǎn)接收環(huán)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，將其轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。（3）星形拓?fù)湓谛切瓮負(fù)浣Y(jié)構(gòu)中，通過(guò)一個(gè)中央設(shè)備（如集線器）將網(wǎng)路中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接在一起。中央設(shè)備接收網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)，再將其轉(zhuǎn)發(fā)至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。（4）網(wǎng)狀拓?fù)湓诰W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間都直接相聯(lián)的。廣域網(wǎng)常使用網(wǎng)狀拓?fù)?，這里，節(jié)點(diǎn)則為地理場(chǎng)所。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)直接互聯(lián)，數(shù)據(jù)得以在發(fā)送地與目的地之間直接傳輸。所以一個(gè)連接如果出了問(wèn)題，將能夠迅速并輕易地變更傳輸數(shù)據(jù)的路徑。又因?yàn)閮晒?jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸存在多條鏈路，網(wǎng)狀拓?fù)浔愠蔀樽罹呷蒎e(cuò)性的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2.4 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議模型

31、CAN總線協(xié)議描述的主要是設(shè)備間的信息傳遞方式。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織開放系統(tǒng)互連模型（OSI）中，CAN總線通信協(xié)議模型分為七層：物理層、數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)層、路層、會(huì)話層、傳物層、應(yīng)用層和表示層，最下面兩層是由CAN總線協(xié)議規(guī)定的：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，但在2.0A版CAN技術(shù)規(guī)范中，數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層和LLC的服務(wù)和功能被描述為“傳送層”和“目標(biāo)層”。CAN總線的分層結(jié)構(gòu)及功能詳見圖2.1。LLC層的作用是：服務(wù)于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的傳送，確認(rèn)由LLC層接收的報(bào)文是否己被接收，并為通知超載和恢復(fù)管理提供信息。定義目標(biāo)處理的靈活性很大。MAC子層的作用是：傳送規(guī)則、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測(cè)、故障界定和出錯(cuò)標(biāo)定。

32、MAC子層也要確定，為開始一次新的發(fā)送，MAC子層也要確定總線是否開放或者是否即將開始接收。不同于LLC層，MAC子層特性修改的靈活性不存在。物理層的作用是有關(guān)全部電氣特性不同在節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際傳送。因而，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，很明顯所有物理層內(nèi)的節(jié)點(diǎn)必須是相同的。然而，物理層的選擇靈活性很大。監(jiān)督器數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層LLC驗(yàn)收濾波過(guò)載通知恢復(fù)管理介質(zhì)訪問(wèn)控制子層MAC數(shù)據(jù)包裝解碼幀編碼介質(zhì)訪問(wèn)管理錯(cuò)誤檢測(cè)應(yīng)答物理層位編碼解碼位定時(shí)同步驅(qū)動(dòng)器接收器特征故障界定總線故障管理圖2.2 CAN總線的分層結(jié)構(gòu)3.CAN現(xiàn)場(chǎng)總線工作原理3.1 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的位數(shù)值表示CAN的通信線路由兩根導(dǎo)線組成，分別為

33、CAN-H和CAN-L，這兩根導(dǎo)線就是CAN網(wǎng)絡(luò)中的總線。網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都掛在該總線上，并且都通過(guò)這兩根導(dǎo)線交換數(shù)據(jù)?？偩€上某一時(shí)刻的數(shù)值是以兩引線上電壓和之間的差值表示，如圖3.1所示。TUdiffUdiffUCAN-HUCAM-L平均電壓電 平U隱性位顯性位隱性位圖3.1 總線位的數(shù)值表示3.2 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的幀結(jié)構(gòu) CAN總線幀結(jié)構(gòu)在CAN總線通信協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層中有定義，以下為四種不同CAN總線幀類型：（1）數(shù)據(jù)幀：作用是把數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳遞至接收端；（2）遠(yuǎn)程幀：作用是請(qǐng)求發(fā)送標(biāo)識(shí)相同的數(shù)據(jù)幀； （3）錯(cuò)誤幀：作用是檢測(cè)所有單元的總線錯(cuò)誤，如有錯(cuò)誤則發(fā)出錯(cuò)誤幀；（4）過(guò)載幀：作用是

34、為遠(yuǎn)程幀和相鄰數(shù)據(jù)幀之間提供附加延時(shí)。以上四種類型幀中， CAN總線最常用的幀類型是數(shù)據(jù)幀，其作用為傳輸有效數(shù)據(jù)。CAN總線各幀結(jié)構(gòu)：（1）數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀由幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)尾七個(gè)不同的位場(chǎng)組成。 幀起始由一個(gè)單獨(dú)的“顯性位”組成，表示數(shù)據(jù)幀的起始。該節(jié)點(diǎn)只在總線空閑時(shí)發(fā)送幀起始。 仲裁場(chǎng)有兩種：擴(kuò)展幀格式的仲裁場(chǎng)和標(biāo)準(zhǔn)格式的仲裁場(chǎng)。，仲裁場(chǎng)在標(biāo)準(zhǔn)格式下由遠(yuǎn)程請(qǐng)求（RTR）位和11位標(biāo)識(shí)符組成。，仲裁場(chǎng)在擴(kuò)展幀格式下由29位標(biāo)識(shí)符，識(shí)別符擴(kuò)展（IDE）位、替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求（SRR）位和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求（RTR）位組成。11位標(biāo)識(shí)符RTR幀起始仲裁場(chǎng)圖3.2標(biāo)準(zhǔn)仲裁場(chǎng)

35、結(jié)構(gòu) 11位標(biāo)識(shí)符SRRIDE 18位標(biāo)識(shí)符RTR幀起始仲裁場(chǎng) 圖3.3擴(kuò)展幀仲裁場(chǎng)結(jié)構(gòu) 控制場(chǎng)包括6個(gè)位。其中保留位有兩位，必須為“顯性”，其余4位是數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼，4位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼從OX0到OX8，因?yàn)閿?shù)據(jù)幀最多允許發(fā)送8個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)。 保留位保留位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼控制場(chǎng)圖3.4控制場(chǎng)結(jié)構(gòu) 通過(guò)循環(huán)冗余碼可求得CRC場(chǎng)，CRC計(jì)算中，無(wú)填充位流會(huì)給定被除的多項(xiàng)式系數(shù)由，這些流組成的成分是：幀起始、控制場(chǎng)、仲裁場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)總線上的CRC序列為此多項(xiàng)式與除下面的多項(xiàng)式相除：，得到的余數(shù)。 組成應(yīng)答場(chǎng)的成分為應(yīng)答界定符和應(yīng)答間隙。幀結(jié)尾 由連續(xù)的7個(gè)“隱性”位來(lái)表示幀的結(jié)尾。（2）遠(yuǎn)程幀 遠(yuǎn)程幀由幀起

36、始、CRC場(chǎng)、控制場(chǎng)、仲裁場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)以及幀結(jié)尾構(gòu)成，其中“顯性”位就只有RTR位，余下的位場(chǎng)和數(shù)據(jù)幀的相應(yīng)位場(chǎng)一樣。(3）出錯(cuò)幀 出錯(cuò)界定符和出錯(cuò)標(biāo)志組成出錯(cuò)幀，CAN控制器的出錯(cuò)類型和出錯(cuò)狀態(tài)用錯(cuò)誤幀來(lái)檢測(cè)，用來(lái)作于檢測(cè)出錯(cuò)條件的信號(hào)。（4）過(guò)載幀 過(guò)載界定符和過(guò)載標(biāo)志組成過(guò)載幀。3.3 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線仲裁方式 一般CAN現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)采用的控制方式有兩種，分別為避免碰撞的介質(zhì)訪問(wèn)控制/載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)。仲裁場(chǎng)在CAN總線上發(fā)送的報(bào)文上都存在，該報(bào)文的傳輸優(yōu)先級(jí)由仲裁場(chǎng)的11位或29位標(biāo)識(shí)符表示。邏輯O決定了CAN總線的狀態(tài)，而非邏輯l，所以報(bào)文擁有的優(yōu)先級(jí)隨標(biāo)識(shí)符變小而升高，那么總線上的最高

37、優(yōu)先級(jí)存在于全O標(biāo)識(shí)符的報(bào)文上。 下面有一例子：假設(shè)A、B兩節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。010101為A節(jié)點(diǎn)仲裁場(chǎng)的前5位，而B節(jié)點(diǎn)的仲裁場(chǎng)的前5位為010100。由于A、B兩節(jié)點(diǎn)仲裁場(chǎng)的前4位數(shù)據(jù)相同，所以各節(jié)點(diǎn)連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)位至第5位，節(jié)點(diǎn)A發(fā)送邏輯l丟失仲裁，而節(jié)點(diǎn)B發(fā)送邏輯O贏得仲裁，接著節(jié)點(diǎn)A會(huì)自動(dòng)退出總線，而節(jié)點(diǎn)B則發(fā)送第6位數(shù)據(jù)位圖3.5所示為仲裁過(guò)程。節(jié)點(diǎn)A 幀起始 00 01 02 03 04 06 06節(jié)點(diǎn)B節(jié)點(diǎn)A丟失仲裁圖3.5仲裁過(guò)程3.4 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線錯(cuò)誤檢測(cè)有5種錯(cuò)誤類型（它們并不互相排斥）存在于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線中。(1)位錯(cuò)誤：一個(gè)單元向總線送出一位的同時(shí)也在監(jiān)視總線，該位將

38、檢測(cè)到一個(gè)位錯(cuò)誤當(dāng)監(jiān)視到的總線位數(shù)值與送出的位數(shù)值不同時(shí)。(2)填充錯(cuò)誤：報(bào)文以位的填充方法進(jìn)行編碼時(shí)，有6個(gè)連續(xù)相同的位電平出現(xiàn)時(shí)，一個(gè)位填充錯(cuò)誤將被檢出。(3)CRC錯(cuò)誤：發(fā)送器CRC計(jì)算的結(jié)果形成CRC序列。接收器用同樣的方法計(jì)算CRC時(shí)也得到一個(gè)值。如計(jì)兩個(gè)計(jì)算結(jié)果所得序列不相同，則一個(gè)CRC錯(cuò)誤被檢出。(4)形式錯(cuò)誤：當(dāng)一個(gè)或多個(gè)非法位在固定形式的位場(chǎng)中出現(xiàn)時(shí)，一個(gè)形式錯(cuò)誤將被檢出。(5)應(yīng)答錯(cuò)誤：在應(yīng)答間隙，顯位未被發(fā)送器檢測(cè)到時(shí)，一個(gè)應(yīng)答錯(cuò)誤將被檢出。4.系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例CAN總線在中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用 4.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路中央空調(diào)系統(tǒng)在現(xiàn)代化大型建筑中使用相當(dāng)廣泛。我們平常都使

39、用過(guò)或接觸過(guò)空調(diào)，知道空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行處理的室內(nèi)空氣，空氣的溫度，新鮮度，純度和流量等指標(biāo)滿足人體舒適或符合工藝過(guò)程的要求。在這個(gè)前提下，空氣加濕或除濕的中央空調(diào)系統(tǒng)，冷卻或加熱，過(guò)濾處理措施。例如，空調(diào)系統(tǒng)，制冷機(jī)是由一個(gè)完整的供應(yīng)設(shè)備生產(chǎn)廠，它一般是根據(jù)空調(diào)和規(guī)則的原理是由微機(jī)自動(dòng)控制。冷水機(jī)組由壓縮機(jī)，冷凝器和蒸發(fā)器，制冷壓縮機(jī)的壓縮，壓縮后的制冷劑進(jìn)入冷凝器的冷卻水，冷卻后，變成液體，在冷卻塔的冷卻水熱沉淀，并排放到大氣中。液體制冷劑由冷凝器進(jìn)入蒸發(fā)，吸收蒸發(fā)器，冷凍水冷卻，冷卻水和冷凍水進(jìn)入風(fēng)機(jī)盤管吸收空氣中的熱量，如此循環(huán)不已，從房間熱。溫度，濕度和通風(fēng)是重要因素，中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)，使

40、中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可從以下三個(gè)方面考慮：（1） 機(jī)組基本參數(shù)的測(cè)量，設(shè)備的啟?？刂?。（2）基本的能量調(diào)節(jié)。（3）冷熱源和水管系統(tǒng)的全面調(diào)節(jié)與控制。4.2 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖4-1為中央空調(diào)控制系統(tǒng)的總體框圖，其中，上位機(jī)采用的是IBM-PC兼容機(jī)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的控制命令的發(fā)送、接收與管理、系統(tǒng)工作過(guò)程的實(shí)時(shí)顯示等。下位機(jī)為各單元控制器，所采用的微處理器為ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)，它負(fù)責(zé)單位內(nèi)的空調(diào)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)和控制工作狀態(tài)。負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)總線和CAN總線的PC機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，可以在控制器的CAN總線控制器SJA1000單元。通過(guò)上位PC總線插槽中插入的智能

41、CAN總線通信適配器連接CAN總線，并通過(guò)CAN總線與各單元相連。上位機(jī)智能CAN總線通信適配卡回風(fēng)溫度檢測(cè)單元控制器送風(fēng)溫度檢測(cè)單元控制器送風(fēng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)臺(tái)檢測(cè)回風(fēng)溫度檢測(cè)送風(fēng)風(fēng)機(jī)故障報(bào)警變頻調(diào)速器控制送風(fēng)風(fēng)機(jī)開關(guān)控制加濕器控制回風(fēng)風(fēng)門控制消防信號(hào)檢測(cè)新風(fēng)風(fēng)門控制鍵盤顯示控制水閥控制單元控制器過(guò)濾網(wǎng)壓差報(bào)警 圖4-1中央空調(diào)系統(tǒng)的總體框圖系統(tǒng)工作原理：?jiǎn)卧鳈z測(cè)點(diǎn)經(jīng)其控制器巡回檢測(cè)后，所得數(shù)據(jù)遵照CAN總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)被傳至上位機(jī)；通過(guò)智能CAN總線通信適配卡上位機(jī)則接收來(lái)自各單元控制器傳發(fā)的數(shù)據(jù)，按照操作者的指令或系統(tǒng)軟件預(yù)設(shè)的控制程序向各個(gè)單元控制器傳達(dá)控制命令，由單元控制器對(duì)各空調(diào)風(fēng)機(jī)機(jī)組進(jìn)

42、行實(shí)時(shí)控制。假如脫離上位機(jī)，單元控制器將按照軟件設(shè)定的控制參數(shù)直接對(duì)空調(diào)風(fēng)機(jī)機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)控制。操控者可以通過(guò)單元控制器上的小鍵盤對(duì)所控制參數(shù)值作現(xiàn)場(chǎng)修改。中央空調(diào)系統(tǒng)主要組成為：制冷機(jī)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和冷卻塔。系統(tǒng)各部分的作用與工作原理如下：通過(guò)壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成液態(tài)后送至蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱交換，制冷機(jī)則將對(duì)冷凍水制冷，而冷凍泵將冷凍水輸送到各風(fēng)機(jī)風(fēng)口的冷卻盤管中，最后經(jīng)風(fēng)機(jī)吹送而獲得降溫的目的。經(jīng)過(guò)蒸發(fā)后的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，冷卻泵會(huì)將冷卻水輸送到冷卻塔上由水塔風(fēng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行噴淋冷卻，與大氣之間進(jìn)行熱交換，熱量將在大氣中散發(fā)。組成中央空調(diào)系

43、統(tǒng)的各個(gè)部分：冷凍水循環(huán)系統(tǒng)冷凍泵該、冷凍水管道及室內(nèi)風(fēng)機(jī)等組成組成了冷凍水循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中冷凍泵將主機(jī)蒸發(fā)器流出的低溫冷卻水進(jìn)行加壓，然后將其送入冷凍水管道（出水），在室內(nèi)發(fā)生熱交換，房間內(nèi)的熱量被帶走，最后冷卻水回到主機(jī)蒸發(fā)器（回水）。室內(nèi)風(fēng)機(jī)的作用是將冷凍水管道旁吹過(guò)來(lái)的空氣，進(jìn)行降溫，增加室內(nèi)熱交換的速度。冷卻水循環(huán)部分冷卻水塔、冷卻水管道、冷卻泵及冷凝器等組成了冷卻水循環(huán)部分。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)必將帶走室內(nèi)大量熱能當(dāng)其與室內(nèi)進(jìn)行熱交換時(shí)。主機(jī)內(nèi)的冷媒將該熱能傳遞給冷卻水，使冷卻水溫度升高。冷卻水被冷卻泵將升溫后壓入冷卻水塔（出水），繼而冷卻水與大氣發(fā)生熱交換，溫度降低后再被送回主機(jī)冷凝

44、器（回水）。主機(jī)壓縮機(jī)、冷凝器、冷媒（制冷劑）及蒸發(fā)器等組成了主機(jī)部分，下面為其工作循環(huán)過(guò)程：首先壓縮機(jī)將低壓氣態(tài)冷媒加壓后，冷媒進(jìn)入冷凝器繼而冷凝成為高壓液體。冷凝過(guò)程中會(huì)有大量熱能由冷媒會(huì)釋放出，冷凝器中的冷卻水將這部分熱能吸收并將其送至室外的冷卻塔上，熱量最終被釋放到空氣中去。流經(jīng)蒸發(fā)器前的節(jié)流降壓裝置的高壓液態(tài)冷媒因?yàn)閴毫Φ耐蛔兌鴼饣?，形成氣液混合物進(jìn)入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器中的冷媒不斷氣化，同時(shí)冷凍水中的熱量會(huì)被其吸收而達(dá)到較低溫度。最后，冷媒又在蒸發(fā)器中氣化而變成低壓氣體，而再次回到壓縮機(jī)，如此往復(fù)循環(huán)。 4.3 硬件設(shè)計(jì)單元控制器和括智能CAN總線通信適配卡是系統(tǒng)硬件的主要內(nèi)容。智能C

45、AN總線通信適配卡的原理框圖如圖4-2所示。它采用CAN總線控制器82C200、高性能的嵌入式微處理器80C188和負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換和通信處理的CAN總線收發(fā)器82C250，為上位微機(jī)和CAN總線提供了接口。82C200可完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。微處理器提供電子控制單元（ECU）的應(yīng)用層，一個(gè)多用途的接口由82C200為其提供。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，CAN總線智能通信適配器控制命令由上位機(jī)通過(guò)ISA總線，驅(qū)動(dòng)電路，雙口RAM，然后發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)。CAN控制器82C200接收到中斷信號(hào)，從雙端口RAM中提取數(shù)據(jù)，和CAN總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，輸出驅(qū)動(dòng)電路，光電隔離電路和CAN總線收發(fā)器82C250發(fā)送到

46、CAN總線上，完成了從PC機(jī)的數(shù)據(jù)交換單元控制器。接收上位機(jī)發(fā)送命令的過(guò)程和數(shù)據(jù)是相似的，但在相反的方向。 圖4-3為單元控制器電路。工作時(shí)，CAN總線控制器SJA1000的CAN總線接收上位機(jī)的命令和數(shù)據(jù)，以便中斷通知cpu89c51。CPU接收到中斷信號(hào)，將接收存儲(chǔ)在RAM SJA1000的數(shù)據(jù)，并根據(jù)從相應(yīng)的命令數(shù)據(jù)的I/O接口電路，控制風(fēng)扇單元，在相應(yīng)的操作加濕器和其他執(zhí)行元件。如果一個(gè)電腦需要每個(gè)單元的狀態(tài)信息，CPU將數(shù)據(jù)采集程序，控制I/O接口電路的巡檢各檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。 CAN總線控制機(jī)PC機(jī)ISA總線輸出驅(qū)動(dòng)及光電隔離電路總線驅(qū)動(dòng)電路CAN總線接收器雙口RAM微處理機(jī)譯碼電路E

47、PROM圖4-2智能CAN總線通信適配卡原理框圖輸出驅(qū)動(dòng)電路及光電隔離電路CAN總線控制器CAN總線收發(fā)器譯碼電路數(shù)據(jù)采集電路I/O接口電路微處理器輸出驅(qū)動(dòng)電路小鍵盤及數(shù)字顯示器電路看門狗電路 圖4-3單元控制器電路原理框圖硬件看門狗電路X25045用于系統(tǒng)監(jiān)控，防止程序跑飛，并提供512字節(jié)EEPROM來(lái)保護(hù)重要的系統(tǒng)控制參數(shù)，提高了單元控制器的抗干擾能力。數(shù)字顯示器可以顯示風(fēng)機(jī)的互回風(fēng)濕度、送風(fēng)溫度、回風(fēng)濕度、變頻器頻率、風(fēng)門開度、水閥開度、報(bào)警信號(hào)的類型及數(shù)量等系統(tǒng)狀態(tài)信息。小鍵盤用于修改設(shè)置參數(shù)、改變顯示類型，從而使單元控制器在脫離上位機(jī)的情況下仍然可以完成控制功能。 4.4信號(hào)采集電

48、路設(shè)計(jì)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集循環(huán)水系統(tǒng)的信息，包括溫度、壓力值，通過(guò)總線上傳給控制計(jì)算機(jī)，同時(shí)接收控制計(jì)算機(jī)的信息控制工頻機(jī)的啟停并將工頻機(jī)啟停狀態(tài)上傳給控制計(jì)算機(jī)。 節(jié)點(diǎn)的主控制芯片采用美國(guó)Atmel公司的AT89C51單片機(jī)，AT89C51是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有4KB快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造。1 信號(hào)調(diào)理電路一個(gè)中央空調(diào)機(jī)組需要采集的信號(hào)如下: 1.冷凍/熱水進(jìn)出水溫度，2路。 2.冷卻出水溫度，1路。 3.冷凍/熱水進(jìn)水壓力，1路。 4.冷卻進(jìn)水壓力，1路。共有5路，但在實(shí)際工程中，中央空調(diào)用戶一般安裝兩個(gè)單位，一用一備。

49、一個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)單元的開口，然后修復(fù)故障集，避免因故障和空調(diào)的使用。在實(shí)際應(yīng)用中的同一時(shí)間，一般是在使用兩個(gè)單位，以防止機(jī)組因長(zhǎng)期使用壽命減少。因此，在信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)，信號(hào)采集的方法應(yīng)該是基于兩個(gè)中央空調(diào)機(jī)組的設(shè)計(jì)。一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)溫度傳感器，是兩線，電源電壓24V，輸出4-20mA。溫度傳感器為自定義安裝的需要，對(duì)不同長(zhǎng)度的管道直徑不同的傳感器。同時(shí)，管壁厚度需要不同的安裝螺紋長(zhǎng)度傳感器也不同。一般溫度傳感器范圍0-100攝氏度。為0-1mpa量程壓力傳感器。溫度和壓力信號(hào)調(diào)理電路如圖所示，T0的輸入信號(hào)，R60是采樣電阻，C60作為濾波電容，規(guī)格220uF25V。拍攝第一

50、放大器的輸出阻抗，降低，起到隔離的作用，避免在負(fù)載的影響程度。然后將信號(hào)通過(guò)一個(gè)RC濾波器。反向比例第二運(yùn)算放大器，具有信號(hào)放大的主要調(diào)節(jié)器，信號(hào)通過(guò)反向。信號(hào)的采集可以轉(zhuǎn)換為A / D。圖4-4 信號(hào)調(diào)理電路2 A/D轉(zhuǎn)換電路 A / D轉(zhuǎn)換，考慮到系統(tǒng)可能需要不同的模數(shù)轉(zhuǎn)換精度，所以這兩個(gè)轉(zhuǎn)換芯片，采用12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2543，11個(gè)模擬輸入。另一個(gè)是tlc0834。TLC0834是一個(gè)4通道8位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換芯片，芯片的工作電壓為5V，串行控制，輸入可配置的多通道多路復(fù)用器和串行輸入輸出。多路復(fù)用器可以通過(guò)軟件配置為單端或差分輸入，輸入電壓可以調(diào)整，轉(zhuǎn)換時(shí)間的32ps。TL

51、C0834與單片機(jī)的硬件接口電路，芯片選擇pl.6 pl.4 TLC0834微控制器，是用來(lái)產(chǎn)生的A / D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，pl.5是一個(gè)雙向I / O接口，可用于配置和接收輸出轉(zhuǎn)換所得的模擬輸入數(shù)據(jù)。TLC2543是12位串行11通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，使用開關(guān)電容逐次逼近的方法來(lái)完成轉(zhuǎn)換過(guò)程。工作電壓為5V。在工作溫度范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換時(shí)間為10ps。在硬件接口電路和單片機(jī)芯片的選擇，tl2543信號(hào)單片機(jī)P1.0，P1.1是用來(lái)產(chǎn)生的A / D轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘，pl.2輸出控制字TLC2543芯片數(shù)據(jù)輸入端長(zhǎng)度的輸出數(shù)據(jù)模擬通道，轉(zhuǎn)換控制芯片的轉(zhuǎn)換和輸出數(shù)據(jù)格式后，數(shù)據(jù)輸出端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片。

52、圖3-5所示電路。的R93和穩(wěn)壓管組成的電路，V3提供了一個(gè)參考電壓，兩個(gè)轉(zhuǎn)換芯片SV。圖4-5 A/D轉(zhuǎn)換電路圖4-6 工頻機(jī)控制圖為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)，對(duì)泵房無(wú)人值守，信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止。在實(shí)際應(yīng)用中，異步電機(jī)起動(dòng)電流一般是2 - 3倍額定電流，為了避免這種情況的發(fā)生，大多數(shù)的三相異步電機(jī)的進(jìn)線與軟起動(dòng)器系列，電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，避免啟動(dòng)電流，當(dāng)開始的過(guò)程起動(dòng)結(jié)束后，會(huì)自動(dòng)打開旁路接觸器的軟起動(dòng)器，短路。所以我們可以控制的軟起動(dòng)器控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止。具體實(shí)現(xiàn)方法是訪問(wèn)控制的軟起動(dòng)器控制端的交流220V開關(guān)。圖3-6電路：電路，p21單片機(jī)P2.1端口，用來(lái)控制啟動(dòng)和停止的

53、軟起動(dòng)器。我/ O1和I / O11連接220V，連接，繼電器的常開觸點(diǎn)。當(dāng)p21高，在1413輸出連接到了繼電器，電，常開觸點(diǎn)，交流220V電源接通，電軟啟動(dòng)控制端，交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。同理可以停止電機(jī)過(guò)程中獲得的頻率。12V的繼電器的選擇。檢查繼電器線圈的阻抗是600歐姆。，控制電壓12V，12/ 600 = 15 /（600 + R114），可以rll4電阻為150歐姆。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常工作，和控制計(jì)算機(jī)電源機(jī)器停止，但考慮到可靠性的原因，如果發(fā)生故障的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，工作頻率的機(jī)器不能由計(jì)算機(jī)控制，影響整個(gè)水系統(tǒng)操作，可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)閉中央空調(diào)機(jī)組，為了防止這種的發(fā)生

54、，在工頻機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)，再加上自動(dòng)/手動(dòng)路由開關(guān)，當(dāng)開關(guān)位于汽車，受電腦控制電機(jī)，當(dāng)開關(guān)位于手冊(cè)，由服務(wù)員直接操縱機(jī)。 4.5 CAN通信電路設(shè)計(jì)CAN通訊部分主要是由四部分組成:微控制器89C51、獨(dú)立CAN通信控制器SJA1000、CAN總線驅(qū)動(dòng)器82C250和高速光電藕合器6N137。具體電路見圖3-7。下面對(duì)所選用的芯片做簡(jiǎn)單介紹。1. CAN總線控制器SJA1000SJA1000是一個(gè)獨(dú)立的CAN控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，主要用于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境控制。支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議。主要由接口管理邏輯（IML），信息的緩沖區(qū)（含發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖TXB rxfif0），位流處

55、理器（BSP），驗(yàn)收濾波器（ACF），位定時(shí)邏輯（BTL），錯(cuò)誤管理邏輯（EML），內(nèi)部振蕩器和復(fù)位電路等。IML從CPU接收指令，控制寄存器尋址和提供信息和狀態(tài)信息來(lái)控制中斷。CPU的控制經(jīng)IML把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入TXB，TXB中的數(shù)據(jù)由BSP處理后經(jīng)BTL輸出到 CAN BUS。BTL始終監(jiān)視CAN BUS，當(dāng)檢測(cè)到有效的信息頭“隱性電平控制電平的轉(zhuǎn)換時(shí)啟動(dòng)接收過(guò)程，接收的信息首先要由位流處理器BSP處理，并由ACF過(guò)濾，只有當(dāng)接收的信息的識(shí)別碼與ACF檢驗(yàn)相符時(shí)，接收信息才最終被寫入RXB或RXFIF0中。RXFIF0最多可以緩存64字節(jié)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可被CPU讀取。EML負(fù)責(zé)傳遞層中調(diào)

56、制器的錯(cuò)誤管制，它接收BSP的出錯(cuò)報(bào)告，促使BSP和IML進(jìn)行錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)。 圖4-7 CAN通信原理圖2. CAN總線收發(fā)器82C25082C250 CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口，它可以提供差動(dòng)發(fā)送能力總線和接受能力，引腳8（RS）選擇不同的工作方式：高速，斜率控制及零。在高速模式下，發(fā)送器輸出晶體管是盡可能快，導(dǎo)通和截止。在這種方式中，不采取措施，限制坡度的上升和下降。降低速度或總線的總線長(zhǎng)度短，使用非屏蔽雙絞線或平行線。為了減少無(wú)線電干擾，應(yīng)限制上升和下降的斜率。接地電阻控制引腳8的斜坡上升和下降。該系統(tǒng)采用了一種邊坡工程。在82C250網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)82C250 TxD腳輸入高，耕作的輸

57、出可以在高阻抗?fàn)顟B(tài)，在這種狀態(tài)下，82C250不會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的影響，我們稱這種節(jié)點(diǎn)在撤退；當(dāng)TXD引腳輸入低，耕作，可分別。高，低電平輸出，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男再|(zhì)決定的。RxD端輸出級(jí)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)82C250發(fā)送起主要作用的是相同的。在原理圖，AT89C51作為微控制器的CAN通信模塊，負(fù)責(zé)對(duì)CAN控制器的初始化，通過(guò)控制CAN控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。可以控制接口電路由CAN通訊控制器SJA1000，CAN總線驅(qū)動(dòng)器82C250光電耦合器6N137，在高速光耦6N137SJA1000和82C250。 4.6 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件由上位機(jī)管理軟件和單元控制器的控制軟件。上位機(jī)管理軟件是基于Windows98平臺(tái)上，采用Visual Basic6.0開發(fā)，包括監(jiān)控系統(tǒng)，通信管理，數(shù)據(jù)處理，指揮和控制，動(dòng)態(tài)顯示模塊，它具有友好的人機(jī)界面，操作方便，顯示直觀。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，控制點(diǎn)的位置，在PC機(jī)上顯示圖形可視化檢測(cè)，檢測(cè)和在各自的位置側(cè)控制數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示，操作簡(jiǎn)單的培訓(xùn)就可以控制整個(gè)系統(tǒng)。使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言8051裝配單元控制器軟件，在89C51單片機(jī)EEPROM固化，主要完成數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)通信，I / O接口控制，數(shù)字顯示控制功能。根據(jù)室內(nèi)溫度的不同要求，每個(gè)季節(jié)的濕度，軟件中預(yù)選設(shè)置了不同季節(jié)的控制參數(shù)，并可通