CAN总线远距离通讯的研究及TTCAN的分析

论文摘要

CAN现场总线是支持分布式控制及实时控制的串行通信网络,具有可靠性高、实时性好、价格低、容易实现的优点,在工业控制方面有着广泛的应用。其通信的波特率可高达1Mbps、最远传输距离可达10km以上,但在实际系统中,CAN总线的传输距离往往达不到理论值。本文对CAN总线网络的构成和协议进行了分析。讨论了影响CAN总线网络传输距离的因素。结合CAN总线煤矿控制系统具体项目,通过构建实验系统对CAN总线远距离传输进行研究。完成的主要工作如下:第一,对常见的几种现场总线进行比较,分析CAN总线作为工业自动化控制领域现场总线首选的原因。第二,对CAN总线的特点及其技术规范、帧结构,数据交换原理进行了分析。讨论影响CAN总线网络传输距离的因素。第三,使用国家煤矿安全标准120Ω特性阻抗仿真导线,使用广州致远公司的USBCAN-I和吉阳光电公司的USB-CAN Adapter作为通讯实验的两个节点,在不同的传输距离和多种终端电阻条件下进行实验,对实验结果进行了细致的分析,总结出CAN总线网络远距离通讯的规律。第四,通过基于CAN总线煤矿控制一体化系统的井下组网,阐述了未来组建CAN网络过程中应注意的事项。最后,对具有较好的实时性的基于时间触发的TTCAN协议进行了分析,对其时钟系统进行了剖析。文中的CAN总线远距离传输及TTCAN协议的分析和实验的结果,对构建实际的CAN总线网络系统有一定的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 现场总线CAN 国内外的研究与应用现状
• 1.2 论文的研究内容、拟解决的关键问题及创新之处
• 1.2.1 研究内容
• 1.2.2 论文拟解决的关键问题
• 1.2.3 论文的创新之处
• 1.3 论文章节组织结构
• 第二章 CAN 总线测控网络通信技术
• 2.1 CAN 总线与几种常见现场总线的比较
• 2.1.1 RS-485 与CAN 总线通信方式的比较
• 2.1.2 几种常见的现场总线的比较
• 2.2 CAN 总线的分层结构及模型
• 2.3 CAN 总线通讯介绍
• 2.4 CAN 的数据传输
• 2.4.1 数据帧格式
• 2.4.2 帧类型
• 2.4.3 报文校验机制
• 2.4.4 错误检测处理
• 2.4.5 位时间的组成
• 2.5 CAN 总线的通信距离
• 2.6 本章小结
• 第三章 CAN 总线网络远距离通讯的研究
• 3.1 影响CAN 网络远距离通讯的因素
• 3.1.1 CAN 总线网络时延
• 3.1.2 位定时参数
• 3.1.3 晶振偏差
• 3.1.4 总线终端和匹配电阻
• 3.2 提高CAN 总线网络通讯距离
• 3.2.1 优化位定时参数
• 3.2.2 降低总线的串联阻抗
• 3.2.3 改变总线网络的终端
• 3.2.4 改进总线网络拓扑结构
• 3.3 CAN 远距离通讯的实验验证
• 3.3.1 国家煤矿安全标准仿真导线
• 3.3.2 实验环境
• 3.3.3 验证实验
• 3.3.4 实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 远距离通讯研究在煤矿控制一体化系统中的应用
• 4.1 系统概述
• 4.2 系统构成和框架
• 4.2.1 系统构成
• 4.2.2 系统框架
• 4.3 系统的硬件设计
• 4.3.1 主控制器的硬件组成
• 4.3.2 CAN 节点的硬件设计
• 4.4 系统的软件设计
• 4.4.1 主控制器的软件设计
• 4.4.2 CAN 节点的软件设计
• 4.5 远距离通讯在系统中的应用
• 4.6 本章小结
• 第五章 TTCAN 的介绍及其分析
• 5.1 TTCAN 的提出
• 5.2 TTCAN 协议的简介
• 5.3 TTCAN 协议时钟系统
• 5.3.1 TTCAN 网络时间单元与本地时间
• 5.3.2 参照时间
• 5.3.3 系统循环信息矩阵的构建
• 5.3.4 全局系统时间
• 5.4 本章小结
• 第六章 工作总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文