E810-TTL-CAN01實現(xiàn)多對多分組通信的應用
E810-TTL-CAN01
在講解應用之前，我們需要對CAN總線有一定的了解。
CAN總線是控制器局域網(wǎng)絡(Controller Area Network, CAN)的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)的，用于局域網(wǎng)控制的總線技術，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。
CAN總線采用雙線串行通信方式，具備診斷能力，抗電磁干擾，其最快傳輸速率可達 1 Mb/s ,最長通信距離可達10km（此時的傳輸速率大約為40 kb/s），速率高，實時性好、可靠性高、成本低。在CAN總線組成的局域網(wǎng)絡中，通信節(jié)點之間不采用主從方式，而是具有總線訪問優(yōu)先權，通信方式靈活，可以實現(xiàn)點對點，一點對多點及廣播方式傳輸數(shù)據(jù)。
CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標識符可由11位或29位二進制數(shù)組成，因此可以定義2或2個以上不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。
CAN總線采用了多主競爭式總線結構，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點。CAN總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。CAN總線協(xié)議已被國際標準化組織認證，技術比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價比高，特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機上，方便地構成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。
只有2根線與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯誤探測和管理模塊。
(1) 數(shù)據(jù)通信沒有主從之分，任意一個節(jié)點可以向任何其他（一個或多個）節(jié)點發(fā)起數(shù)據(jù)通信，靠各個節(jié)點信息優(yōu)先級先后順序來決定通信次序，高優(yōu)先級節(jié)點信息在134μs通信;
(2) 多個節(jié)點同時發(fā)起通信時，優(yōu)先級低的避讓優(yōu)先級高的，不會對通信線路造成擁塞;
(3) 通信距離最遠可達10KM(速率低于5Kbps)速率可達到1Mbps(通信距離小于40M）；
(4) CAN總線傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜。CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長距離小數(shù)據(jù)量，實時性要求比較高，多主多從或者各個節(jié)點平等的現(xiàn)場中使用。
本應用采用了成都億佰特電子科技公司有限公司自主研發(fā)的E810-TTL-CAN01模塊，所以也需要先了解該模塊的主要功能及特點。
E810-TTL-CAN01是一款超高性價比的TTL轉(zhuǎn)CAN無線通信模塊CAN-BUS開發(fā)產(chǎn)品，擁有強大數(shù)據(jù)分析能力的工具。同時，CAN-TTL-01型智能協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，體積小巧、方便安裝，是工程應用、項目調(diào)試及產(chǎn)品開發(fā)的可靠助手。
E810-TTL-CAN01是成都億佰特電子科技公司有限公司自主研發(fā)的一款小型智能協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，該模塊集成了透傳功能、主從一體，即拿即用。支持串口指令配置模塊參數(shù)和功能，轉(zhuǎn)換模式支持透明轉(zhuǎn)換、透明帶標識轉(zhuǎn)換、協(xié)議模式轉(zhuǎn)換，并支持Modbus ASCII/RTU 協(xié)議轉(zhuǎn)換。
E810-TTL-CAN01模塊集成1 路CAN-BUS接口和1 路UART TTL接口，可實現(xiàn)UART TTL信號與CAN-BUS之間互相透傳或Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換。CAN-TTL-01體積小巧，可3.3V或5V任意一種電源供電，方便集成到各種電路板中。半孔工藝，并同時帶有插針焊孔，可貼片焊接，也可用插針方式插拔連接。
? 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方向支持UART與CAN之間雙向轉(zhuǎn)換；
? 轉(zhuǎn)換方式支持透明轉(zhuǎn)換、透明帶標識轉(zhuǎn)換和協(xié)議模式轉(zhuǎn)換；
? 支持Modbus RTU 協(xié)議轉(zhuǎn)換；
? 支持兩種CAN幀數(shù)據(jù)類型發(fā)送方式：通過固定式配置或通過串行幀數(shù)據(jù)指定；
? 支持UART接口進行參數(shù)配置；
? 支持300～921600范圍內(nèi)UART波特率設置
? 支持軟件和硬件進入?yún)?shù)設置模式；
? 支持軟件和硬件恢復出廠參數(shù)；
? 擁有電源指示燈，狀態(tài)指示燈，模式指示燈多種指示；
? 工業(yè)控制等CAN-BUS網(wǎng)絡；
? 汽車、鐵路設備聯(lián)網(wǎng)，現(xiàn)場網(wǎng)絡數(shù)據(jù)監(jiān)控；
? 現(xiàn)有 RS-232 設備連接 CAN-bus 網(wǎng)絡；
? 安防、消防網(wǎng)絡；
? 地下遠程通訊；
? 智能樓宇控制數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)等 CAN-bus 應用系統(tǒng)；
? 停車場設備控制；
? 智能家居。
以下講解使用E810-TTL-CAN01實現(xiàn)多對多分組通信的應用實例。
某地有一個大型化工廠，工廠的布局如圖1-1所示：
工廠左上角區(qū)域，有四臺重要的共用大型設備ABCD，共用設備的主要用途是給工作區(qū)域一二三提供供應物質(zhì)（通過管道輸送到各區(qū)域）。
圖 1-1 大型化工廠區(qū)域布局圖
最初所實施的設備運行方案：
1、安排專門的運維人員，維護設備區(qū)域，每天在上班前一個小時開啟四臺共用設備，在下班結束后關閉這四臺設備，四臺設備在上班一直運行。
2、供應物質(zhì)制備量及供應量都選擇能同時滿足三個工作區(qū)域的標準。
3、發(fā)生需要處理的事項或者緊急情況時由工作區(qū)域負責人通過打電話，網(wǎng)絡在線溝通等方式告知運維人員，運維人員進行緊急處理。
但是不久工廠負責人發(fā)現(xiàn)，這種設備運行方案相當?shù)托В?/span>
1、四臺設備上班時間一直運行，浪費電力。設備不一定都需要開啟。
2、設備制備量及供應量都選擇能同時滿足三個工作區(qū)域的標準，浪費資源。同一供應物質(zhì)不一定三個工作區(qū)域都會使用。
3、對于緊急情況的處理不夠及時。
4、根本執(zhí)行者是運維人員，運維人員需要對設備十分熟悉，有良好責任心。
工廠負責人，于是想要尋找一種智能化的控制系統(tǒng):
1、 能夠智能的根據(jù)實際需求決定設備的選擇性開啟。
2、根據(jù)實際需求決定供應物質(zhì)的制備量及供應量。
3、 提供反饋信息，工作區(qū)域負責人可在所在區(qū)域的控制臺實時查看各設備的運行狀態(tài)。且發(fā)生緊急情況時能通過工作臺及時停止設備的運行。
4、執(zhí)行者是智能設備，運維人員只需要定期巡檢，定期維護設備，在緊急情況時趕到現(xiàn)場控制場面即可。十分高效，省事省時省力。
5、設備區(qū)域與工作區(qū)域距離較遠，需要控制系統(tǒng)擁有可靠的數(shù)據(jù)傳輸能力，傳輸及時。
6、設備區(qū)域現(xiàn)場環(huán)境惡劣，大型設備多，干擾強，需要控制系統(tǒng)抗干擾能力強，現(xiàn)場適應力強
經(jīng)考慮：
選擇使用CAN總線組成工廠局域信息網(wǎng)絡，實現(xiàn)智能化控制。CAN設備選用成都億佰特電子科技公司有限公司自主研發(fā)的E810-TTL-CAN01。新方案如圖1-2，在工廠設備區(qū)域及三個工作區(qū)域都布置了智能控制臺，通過CAN總線組成智能控制系統(tǒng)。
圖1-2 新設備運行方案布局
控制臺與共用設備之間通過CAN總線連接,如圖1-3：
圖1-3 CAN總線連接圖
控制臺與設備的內(nèi)部結構如圖1-4所示：
圖1-4 控制臺與設備的內(nèi)部結構圖
實際使用效果如下：
1、 控制臺1,2,3（工作區(qū)域）都可以查看共用設備ABCD 的運行信息（運行信息由共用設備ABCD實時發(fā)送給各控制臺），可以輸入當前的設備需求（如需要使用哪臺設備，使用時間，需要供應物質(zhì)的量是多少等）（設備需求會發(fā)送給控制臺4）
同時控制臺1,2,3,4都配備有緊急停止按鈕，發(fā)生緊急情況可及時停止設備運行
2、控制臺4（設備區(qū)域）收集設備需求，計算出最優(yōu)方案，發(fā)送控制信息控制各設備的運行，運行過程設備會實時反饋運行信息，控制臺4據(jù)此信息優(yōu)化調(diào)整控制操作；
同時控制臺4（設備區(qū)域）擁有許多控制權限，由運維人員進行管理，主要是為了高效維修。
3、以上所有的信息傳輸，都是基于CAN總線。傳輸及時，數(shù)據(jù)準確，抗干擾能力強
4、以上各種類型的信息傳輸，使用了CAN-ID作為區(qū)分標志，設備與控制臺之間的分組，也同樣使用了CAN-ID來進行區(qū)分，是一種多對多分組通信的方式。
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