船舶控制网络的设计与研究

论文摘要

CAN总线由于其传输速度快,容错性好,数据传输可靠等特性,逐渐被广泛应用于工业控制系统中。鉴于CAN网络的诸多优点,美国国家航海电子协会NMEA(National Marine Electrons Association)拟定了基于CAN总线的船舶通信协议NMEA2000。本课题研究NMEA2000网络的通信过程以及NMEA2000网络的实现方法。首先介绍了NMEA2000协议在船舶控制网络的应用,比较了现行船舶控制系统与基于NMEA2000标准的船舶控制网络的优缺点。分别介绍了CAN总线协议和NMEA2000协议的实现原理。介绍了报文的组成,报文接收和发送的过程,以及实现“热插拔技术”的方法。使用独立CAN控制器SJA1000和CAN总线收发器82C250完成了CAN节点的制作,并且应用这些节点与ICPDAS公司研发的CAN卡连接成网络。分别对每个CAN节点编程,使其满足NMEA2000协议。并在计算机端用VC编写网络测试窗口,可以直观的观察网络上的数据传送。实现了小型船用NMEA2000控制网络,完成数据共享,数据传送,发送命令等功能。本文在深入研究了CAN总线协议和NMEA2000协议的基础上,使用独立CAN控制器SJA1000和总线收发器82C250组合,编程实现了满足NMEA2000协议的船舶控制网络。在网络中数据可以点对点、一点对多点和广播的形式传递,很好的实现了数据共享。CAN总线的特点也使NMEA2000网络上的数据更加安全可靠。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究选题的背景
• 1.1.1 NMEA2000简介
• 1.1.2 CAN总线简介
• 1.2 国内外的发展现状
• 1.3 研究课题的提出
• 第2章 CAN总线原理
• 2.1 CAN网络的技术特点
• 2.2 CAN总线的分层结构
• 2.2.1 物理层
• 2.2.2 数据链路层
• 2.3 报文的组成
• 2.3.1 帧类型
• 2.3.2 数据帧
• 2.3.3 远程帧
• 2.3.4 出错帧
• 2.3.5 超载帧
• 2.3.6 帧空间
• 2.4 位定时要求
• 2.5 错误界定
• 2.5.1 错误状态的种类
• 2.5.2 错误计数规则
• 第3章 CAN节点的电路设计
• 3.1 芯片介绍
• 3.1.1 独立的CAN控制器
• 3.1.2 CAN总线收发器
• 3.1.3 课题中使用的芯片
• 3.2 CAN总线节点的电路设计
• 第4章 CAN节点的软件设计
• 4.1 CAN总线通信接口的软件设计
• 4.1.1 SJA1000的初始化
• 4.1.2 报文的发送过程
• 4.1.3 报文的接收过程
• 4.1.4 自动位速率检测
• 4.2 GAL编程
• 第5章 NMEA2000网络的测试与实现
• 5.1 NMEA2000网络报文的格式
• 5.2 测试使用的智能CAN卡
• 5.3 动态链接库
• 5.3.1 查看动态链接库的函数
• 5.3.2 动态链接库的调用方法
• 5.4 编程中用到的dll函数
• 5.5 测试端界面及功能介绍
• 5.6 标识符的定义
• 5.7 测试结果
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录 采用16M晶振在常用位速率下的预设值
• 致谢
• 研究生履历