基于CAN总线的嵌入式测控系统的研究(2)

嵌入式can总线通信

归纳来说，其发展主要可分为４个阶段…ｐ】：

第一代是基地式气动仪表控制系统。生产规模小，测控仪表尚处于发展的初级阶段，安装于生产现场的基地式气动仪表只具备简单的测控功能，集测量与控制功能于一体，并带有简单的操作接口，其信号仅在本仪表中起作用，无法与外界沟通。

第二代是电动单元组合式模拟仪表控制系统。生产规模扩大，需要同时按多点的信息实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的单元组合式仪表。现场的数据通过模拟信号（如４～２０ｍＡ直流电流，１～５ｖ直流电压）送往集中控制室，出现了集中控制。

第二代与第三代之间存在一个过渡类型，即集中式数字控制系统。由于模拟信号传输存在诸多缺点，人们试图用数字信号取而代之，以一台数字计算机对大部分或所有回路进行自接的数字控制。但这种系统的安全性和可靠性难以得到保证，因此很难被生产过程所接受。

第三代是集散式控制系统ＤＣＳ。ＤＣＳ打破了由单台计算机统管整个生产过程的集中控制模式，把生产过程分解为多个子系统，由多台计算机或微处理器分别承担其中的某一部分功能，协作完成整个自控系统功能，这克服了集中控制模式下危险集中的弊端。ＤＣＳ是由模拟变送器与数字控制器组成的模拟一数字混合系统，这种系统在功能和性能上有很大的提高。但是模拟信号的接线采用的是“一对一”的结构，这种结构的安装费用高，工程周期长，维护困难，传输精度低，易受干扰。而且，各个厂家的产品自成系统，不同厂家的设备不能互连在一起，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难，难以实现互换与互操作。

第四代是新型的现场总线控制系统ＦＣＳ。它突破了ＤＣＳ系统中通信封闭的缺陷，是基于公开化，标准化的解决方案，将集散的控制结构变成了新型的全分布式结构，它是在ＤＣＳ基础上的连续发展起来的，但ＦＣＳ己超出了ＤＣＳ的框架，是一次质的跳变，它打破了传统控制一对一的设备连接而将控制模块置入现场设备，其全部功能在现场完成。因此，ＦＣＳ实质上是一种开放的、具可互操作性的、彻底分散的分布式控制。

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ｌ＿３嵌入式技术及其发展现状

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件均可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。整个嵌入式系统所应用的软硬件技术统称为嵌入式技术州。

新世纪之初，信息化浪潮席卷全球。在全球进入以网络为核心的信息时代都不可避免地被卷入到这股信息化的世纪风暴之中，嵌入式技术是电子信息技术应用最广泛的应用领域之一，嵌入式技术及其产品可以说是无所不在，任务一个普通人都可能用到从小到大的各种各样使用嵌入式技术的电子产品，小到ＭＰ３、ＰＤＡ等微型数字化产品，大到网络家电、智能家电、车载电子设备等。在工业和服务领域中，使用嵌入式技术的数控机床、工控设备、智能工具、机器人等正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式【４】。大量的嵌入式技术的应用不胜枚举，大多数老百姓感受到信息技术的进步及电子信息技术产品的小巧、便捷和高效，都直接或间接源于嵌入式技术，嵌入式技术的研发和广泛应用己经成为我国信息化进程的重要课题之一，受到社会各界的广泛关注。

嵌入式技术发展至今己经有３０多年的历史，它的发展与计算机技术、半导体技术、电子技术以及网络技术的发展息息相关，主要经历了四个阶段口】：

第一阶段，以可编程控制器为核心，辅以监测、伺服、指示设备的系统；

第二阶段，以嵌入式ＭＣＵ为核心，辅以简单的前后台软件的系统；

第三阶段，以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统：

第四阶段，以嵌入式技术和以太网技术融合发展为标志的嵌入式Ｉｎｔｅｒａｃｔ时代。

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西华大学硕士学位论文

１．４课题背景和研究意义

现场总线技术的开发始于上个世纪８０年代，由于微处理器和计算机性能的不断增强和价格的急剧下降，计算机与计算机网络系统得到飞速的发展，信息沟通联络的范围不断扩大。而过去企业生产底层所采用的自封闭式的集散系统，或“一对一”的测控系统，已经难以满足现代企业控制网络发展的需要，使自动化系统成为“信息孤岛”，严重制约了其本身的发展。要实现企业的信息集成，要实施综合自动化，就必须设计出一种能在工业现场环境运行的、可靠性高、实时性好的通信系统，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信。现场总线就是在这种实际的驱动下产生的。

现场总线控制系统（ＦＣＳ）是一种新型的、开放的分布式控制系统胪］，它突破了集散控制系统中采用专用网络的缺陷，把专用封闭协议变成标准开放协议。同时，它使系统具有完全数字计算和数字通信能力。结构上，它采用了全分布式方案，把控制功能彻底下放到现场，提高了系统可靠性和灵活性。总之，基于现场总线技术的控制策略和网络结构，引发了工业自动化装置和控制系统的又一次革命。控制系统体系正由封闭的集中体系向开发的分布式体系发展，控制界也正在向网络化转变。

随着Ｉｎｔｅｍｅｔ技术的不断成熟，Ｉｎｔｅｍｅｔ己成为企业管理层的主导网络，基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的以太网逐渐渗入社会生活的各个角落，并开始延伸到工业设备现场。随着制造工艺的进步，智能控制芯片和智能传感器的成本越来越低，功能却越来越强大，这不仅解决了嵌入式微控制器与Ｉｎｔｅｍｅｔ连接的技术问题，同时也使得这种连接费用降低到工业控制完全可以接受的程度。这种技术的发展促使了基于嵌入式Ｉｎｔｅｍｅｔ的控制网络的出现，并发展成为一种技术潮流。

在嵌入式Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络体系结构中，基于ＴＣＰ／ＩＰ的以太网贯穿于控制系统的各个层次，将一台台孤立的现场设备和设备工程师以及企业管理人员均作为一个网络节点通过以太网有机地连接在一起，形成一个有机的整体。实现了现场设备到管理层的直接通信，从而完成了现场级的应用，使设备的控制与维护由过去封闭、各行其是的管理模式逐步向开放、共享、合作的新型

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管理模式转变，并最终实现企业控制、管理信息的无缝集成。

因此可以说，嵌入式设备与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的结合代表着嵌入式系统和网络技术的真正未来。嵌入式网络技术具有广阔的应用前景。

根据以上的研究背景，可以看出与嵌入式Ｉｎｔｅｍｅｔ结合的现场总线控制系统将是工业控制领域的一个发展方向。另外，随着微电子和嵌入式系统的发展，性能优良的３２位处理器为核心的嵌入式控制系统正在取代微机成为现场总线与以太网互联的主流产品。所以本文对基于ＣＡＮ总线的嵌入式测控系统的研究，就显得非常有实际意义。

下面本文将围绕以上几个方面展开论述，详细介绍我们具体的研究工作。１．５课题的主要研究内容

本课题针对电气信息学院省级“信号与信息处理”重点实验室的模拟工业出了一种ＣＡＮ测控系统和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ结合的方案。

研究目标是实现ＣＡＮ组网，并对ＣＡＮ测控网络的实时性进行理论研究，１１ＣＡＮ网络的设计思想和网络运行与调试都有其独特之处，需要认真研究

ＣＡＮ协议。

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