基于CAN总线的数据采集系统方案.doc

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基于CAN总线的数据采集系统
前言
（一）背景
随着汽车工业的发展，20世纪80年代中期，率先由Bosch公司研发出新一代的汽车总线即控制器局域网（ControllerAreaNetwork，简称：CAN总线或CAN-bus），CAN总线具有布线简单、典型的总线型结构、可最大限度的节约布线与维护成本、稳定可靠、实时、抗干扰能力强、传输距离远等特点，这些都决定了CAN总线必定是一种成功的总线。一经推出不仅在汽车行业得到广泛的推广与应用，在诸如航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸等领域也得到广泛应用。在自动化仪表、工业生产现场、数控机床等系统中也越来越多的使用了CAN总线，CAN总线在未来的发展中依然充满活力，有着巨大的发展空间。
由于CAN总线本身只定义ISO/OSI模型中的第一层（物理层）和第二层（数据链路层），通常情况下CAN总线网络都是独立的网络，所以没有网络层。在实际使用中，用户还需要自己定义应用层的协议，因此在CAN总线的发展过程中出现了各种版本的CAN应用层协议，现阶段最流行的CAN应用层协议主要有CANopen、DeviceNet和J1939等协议。而本设计采用的协议时CANopen。
（二）概述
控制器局部网（CAN－CONTROLLERAREANETWORK）是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以与建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普与推广。
随着计算机硬件、软件技术与集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。
分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。这类系统是以微型机为核心，将5C技术--COMPUTER（计算机技术）、CONTROL（自动控制技术）、COMMUNICATION（通信技术）、CRT（显示技术）和CHANGE（转换技术）紧密结合的产物。它在适应围、可扩展性、可维护性以与抗故障能力等方面，较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性。
典型的分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以与通信设备组成。现场总线（FIELDBUS）能同时满足过程控制和制造业自动化的需要，因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准，但现场总线的高性能价格比将吸引众多工业控制系统采用。同时，正由于现场总线的标准尚未统一，也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥，并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。控制器局部网CAN（CONTROLLERAERANETWORK）正是在这种背景下应运而生的。
由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，1991年9月PHILIPSSEMICONDUCTORS制订并发布了CAN技术规（VERSION2.0）。该技术规包括A和B两部分。2.0A给出了曾在CAN技术规版本1.2中定义的CAN报文格式，能提供11位地址；而2.0B给出了标准的和扩展的两种报文格式，提供29位地址。此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具--数字信息交换--高速通信控制器局部网（CAN）国际标准（ISO11898），为控制器局部网标准化、规化推广铺平了道路。

总体方案设计
方案论证
方案一：单片机AT89C51属标准型，芯片价格低廉，引脚与80C51完全兼容。片上外围资源丰富，片具有41d3的FlashROM程序存贮空间，这不仅给程序修改带来极大方便，而且避免了外部ROM扩展，降低了节点成本和线路复杂性，提高了电路可靠性。另外AT89C51具有在片程序和ROM两级系统，可防止程序被非法剽窃。
SJA1000是PHILIP公司推出的功能很强的CAN控制器，其部结构见图2。片含信息缓冲、位流处理、位定时逻辑、接收滤波、错误管理逻辑等电路，并配置有丰富的功能寄存器。可完成数据成帧、总线填充、错误检测、总线仲裁与错误界定处理等CAiN规。
方案二：采用Luminary公司基于ARM®CortexTM-M3的控制器LM3S5749。
LuminaryMicroStellarisTM系列的微控制器是首款基于ARM®CortexTM-M3的控制器，它将高性能的32位计算引入到对价格敏感的嵌入式微控制器应用中。这些堪称先锋的器件拥有与8位和1