RS232/485与CAN总线协议转换器的研究与设计

论文摘要

现场总线(Fieldbus)是一种应用于生产现场,在现场设备之间、现场设备与控制室之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。但现场总线在协议标准上存在的差异给实践带来复杂性,也影响了总线之间的开放性和可互操作性。这种情况下,就需要利用协议转换器使不同总线之间互联。因此,本文针对传统的RS485网络与CAN总线之间的互联设计出一种协议转换器,将其应用在温度监测系统中,通过RS232接口连接上位机,实现对两种网络温度数据的监控。本文首先针对CAN总线在实时性方面的局限性,在分析了CAN总线的通信原理包括报文格式、帧结构及错误类型等内容的基础上,总结给出改进其实时性问题的方法——动态优先级分配机制。其次,设计出RS232/RS485与CAN总线协议转换器的硬件电路,主要包括核心模块、CAN总线接口、RS485接口和RS232接口以及系统供电,采用AT89S51为主控制器进行数据的处理,以SJA1000为CAN总线控制器,P28C250为CAN总线收发器共同完成CAN总线的数据收发。然后,在硬件基础上,设计出各功能模块的通信程序,其中包括主程序模块、CAN通信模块、RS485通信模块、RS232通信模块以及通过RS232与上位机连接的人机交互程序。在CAN通信模块和RS485通信模块中都采用中断方式接收数据和发送数据,人机交互程序可以使协议转换器对CAN总线和RS485网络上的参数进行管理和动态地配置。本文设计的协议转换器可以应用在电缆温度监测等监控系统中,能够将RS485网络和CAN总线网络连接起来,很好地完成了由两种现场总线构成的监控网络的数据采集任务,为今后协议转换器应用到更多工业现场奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 现场总线的概述
• 1.2.1 现场总线的特点
• 1.2.2 现场总线的现状
• 1.3 协议转换技术研究的现状
• 1.3.1 CAN总线概述
• 1.3.2 RS485概述
• 1.3.3 研究现状的分析
• 1.4 本文所做工作
• 第2章 CAN协议的原理及实时性改进
• 2.1 CAN的通信参考模型
• 2.1.1 数据链路层
• 2.1.2 物理层
• 2.2 CAN的报文传送与帧结构
• 2.2.1 报文传送
• 2.2.2 CAN帧结构
• 2.3 错误类型和故障界定
• 2.3.1 错误类型
• 2.3.2 故障界定
• 2.4 CAN总线的通信原理的分析
• 2.5 CAN总线实时性的改进
• 2.5.1 CAN总线实时性机制
• 2.5.2 CAN总线实时性的改进
• 2.5.3 延时时间分析
• 第3章 协议转换器的硬件设计
• 3.1 协议转换器硬件设计的系统架构
• 3.2 核心控制模块设计
• 3.3 CAN总线接口模块
• 3.3.1 CAN总线控制器SJA1000
• 3.3.2 SJA1000的电路设计
• 3.3.3 CAN收发器P82C250电路设计
• 3.4 RS485接口电路设计
• 3.5 RS232接口电路设计
• 3.6 系统供电电路
• 第4章 协议转换器软件设计
• 4.1 软件组成及架构
• 4.2 主程序模块
• 4.3 CAN总线通信模块
• 4.4 RS485通信模块
• 4.5 RS232接口模块
• 4.6 人机接口程序
• 4.6.1 MSComm控件的属性设置
• 4.6.2 动态修改报文滤波
• 4.6.3 动态配置RS485参数
• 4.6.4 故障监听
• 第5章 协议转换器在电缆过热故障监测系统中的应用
• 5.1 电缆过热故障监测预警系统概述
• 5.2 协议转换器在系统中的应用
• 第6章 结论与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历