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CAN总线远距离通讯的研究及TTCAN的分析

作　者: 李冬
导　师: 胡庆新
学　校: 合肥工业大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 现场总线 CAN总线位定时参数传输延时传输距离 TTCAN
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
致谢  7-13
第一章绪论  13-18
  1.1 引言  13-15
    1.1.1 研究背景  13-14
    1.1.2 现场总线CAN 国内外的研究与应用现状  14-15
  1.2 论文的研究内容、拟解决的关键问题及创新之处  15-17
    1.2.1 研究内容  15-16
    1.2.2 论文拟解决的关键问题  16
    1.2.3 论文的创新之处  16-17
  1.3 论文章节组织结构  17-18
第二章 CAN 总线测控网络通信技术  18-28
  2.1 CAN 总线与几种常见现场总线的比较  18-21
    2.1.1 RS-485 与CAN 总线通信方式的比较  20
    2.1.2 几种常见的现场总线的比较  20-21
  2.2 CAN 总线的分层结构及模型  21-22
  2.3 CAN 总线通讯介绍  22-23
  2.4 CAN 的数据传输  23-27
    2.4.1 数据帧格式  23
    2.4.2 帧类型  23-25
    2.4.3 报文校验机制  25
    2.4.4 错误检测处理  25-26
    2.4.5 位时间的组成  26-27
  2.5 CAN 总线的通信距离  27
  2.6 本章小结  27-28
第三章 CAN 总线网络远距离通讯的研究  28-52
  3.1 影响CAN 网络远距离通讯的因素  28-32
    3.1.1 CAN 总线网络时延  28-29
    3.1.2 位定时参数  29
    3.1.3 晶振偏差  29-30
    3.1.4 总线终端和匹配电阻  30-32
  3.2 提高CAN 总线网络通讯距离  32-35
    3.2.1 优化位定时参数  32-34
    3.2.2 降低总线的串联阻抗  34
    3.2.3 改变总线网络的终端  34-35
    3.2.4 改进总线网络拓扑结构  35
  3.3 CAN 远距离通讯的实验验证  35-51
    3.3.1 国家煤矿安全标准仿真导线  35-37
    3.3.2 实验环境  37-39
    3.3.3 验证实验  39-48
    3.3.4 实验结果分析  48-51
  3.4 本章小结  51-52
第四章远距离通讯研究在煤矿控制一体化系统中的应用  52-59
  4.1 系统概述  52
  4.2 系统构成和框架  52-53
    4.2.1 系统构成  52-53
    4.2.2 系统框架  53
  4.3 系统的硬件设计  53-56
    4.3.1 主控制器的硬件组成  53-54
    4.3.2 CAN 节点的硬件设计  54-56
  4.4 系统的软件设计  56-58
    4.4.1 主控制器的软件设计  56-57
    4.4.2 CAN 节点的软件设计  57-58
  4.5 远距离通讯在系统中的应用  58
  4.6 本章小结  58-59
第五章 TTCAN 的介绍及其分析  59-64
  5.1 TTCAN 的提出  59
  5.2 TTCAN 协议的简介  59-60
  5.3 TTCAN 协议时钟系统  60-63
    5.3.1 TTCAN 网络时间单元与本地时间  60-61
    5.3.2 参照时间  61-62
    5.3.3 系统循环信息矩阵的构建  62
    5.3.4 全局系统时间  62-63
  5.4 本章小结  63-64
第六章工作总结和展望  64-65
  6.1 工作总结  64
  6.2 研究展望  64-65
参考文献  65-69
攻读硕士学位期间发表的论文  69-70

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