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。

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摘要

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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

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