CAN总线技术在船舶监控系统的应用摘要:介绍基于CAN总线的船舶监控系统的基本结构。重点论述智能测控单元CAN通讯接口设计、CAN控制器外围硬件电路和CAN通信软件的实现。关键词:现场总线;控制局域网;船舶监控系统;应用中图分类号:TP273文献标识码:ATheCANFieldbusTechnologyApplicationinShipMonitoringSystemMALi,XUShan-lin(Shanghaimaritimeuniversity,Shanghai200135)Keywords:Thefieldbus;CAN;ShipMonitoringSystem;applicationCAN(ControllerAreaNetwork),即控制局域网，是一种具有很高可靠性、支持分布式和实时控制的串行通信网络。CAN为多主方式工作，网络上任意节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，而不分主从，且无需站地址等节点信息，通讯灵活。CAN协议模型结构只有3层,即只取OSI底层的物理层、数据链路层和应用层。CAN的最大特点是可靠性高，其节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其它操作不受影响。CAN的直接通信距离最远可达10km（速率在5kbps以下b通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）。其通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个。在标准帧报文标识符有11位，而在扩展帧的报文标识符（29位）的个数几乎不受限制。1CAN总线在船舶的应用CAN在船舶中的应用始于20世纪90年代初。1994年德国MTU公司成功地研制了基于CAN的MCS-51监控系统，开创了CAN网络船舶系统应用的新纪元。此后,CAN网络被广泛地用于船舶的远程控制、巡回检测、电站监控以及火灾报警系统中。CAN网络在船舶控制系统中的成功应用为解决船舶设备级（传感器、执行器、控制模块）的互联网络通信问题提供了新的数据传输协议，并由CAN控制器硬件完成协议的功能和服务。在CAN网络中，通过一根可同时传输电源和数据信号的总线可将所有满足CAN协议的设备挂接，并提供点对点、一点对多点和广播式三种通信方式。针对CAN在船舶中的日益广泛应用,美国国家海洋电子协会(NMEA,nationalmarineelectronsassciatjon)扩展了原有的NMEA0813协议，形成了新的NMEA2000协议，为CAN网络在船舶中应用制定了统一的标准和接口协议。2监控系统的基本结构在一个监控系统中，测量、控制和执行单元是必不可少的。同时，在一个基本的通信网络中，网络硬件和协议控制器也是必需的。典型的基于CAN的监控系统结构设计如图1所示。在图1中，基于CAN的监控系统包括以下几个部分：(1)上位PC机收集总线上传输的所有信息,对系统的运行状态进行监控、检测所有设备的运行参数的调整及越限时的声光报警等功能。并通过CAN接口卡接入网络之中。⑵智能测控单元(下位机系统)包括智能传感器、智能执行器和智能控制器等，它们被安装在测控现场，用于直接获取现场设备的参数或者执行相应操作和功能。智能测控单元和传统设备相比，区别在于它们本身带有支持CAN总线通信协议的CAN控制器模块。因而，单元3不仅可与上位机系统通信,同时也可根据系统设计需要从单元1接收数据或者向单元;2发送数据，实现现场底层设备之间的通信，这点对于某些系统来说是非常重要的。2.1智能测控单元CAN通讯接口设计智能测控单元主要以Cygnal公司出品的C8051F040单片机为核心构成。该单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC),具有与MCS-51完全兼容的指令内核。内部采用流水线结构，机器周期由标准的12个系统周期将为1个系统周期,峰值性能达到25MIPS。此外、C8051F040的内能还集成有CAN控制器、高速A/D转换器等、可以简化系统设计。C8051F040集成的是CAN控制器，要使CAN总线得以运行，还需在单片机上接CAN收发器，进行电气转换，将逻辑信号转换为平衡差分码。常用的CAN收发器为PHILIPS公司出品的PCA82C250、高速TIA1050等。这里选用的是PCA82C250,它可以提供对总线的差动发送和接收功能,与ISO11898标准完全兼容，有三种不同的工作方式，即局速(最商可达1Mbps)、斜率控制和待机，可根据实际情况选择。C8051F040中的CAN的工作位速率可达1Mbps，实际速率可能受CAN总线上所选择的传输数据的物理层的限制。CAN处理器有32个消息对象，可以被配置为发送或接收数据。输入数据、...