基于CAN总线的电工实验指导系统设计

　　引 言

　　在生产现场控制系统中，智能设备与常规电气设备的安装、调试与维护需要相当数量的电气技术人员，如何高效、批量、规范地培养高级电气操作人员是教仪厂商急需解决的问题。

　　它要求设备具备通信功能，让教师能掌握训练过程的动态指标，从而了解学员的实际实验情况，可对实验过程进行控制，实现分类指导。

　　本文通过对CAN(控制器局域网)协议及其应用的研究，利用CAN通信控制器、CAN收发器以及增强型微控制器等元器件，研制并开发一种基于CAN总线的应用系统--电工实验指导系统，在电工实验室开出网络化实验教学课程，从而改变常规教学方法的不足，让学生更加自主、灵活地完成其实验任务，并可根据自己的情况进行扩展实验，为建立开放性实验实训设施基地打下良好的基础，还能使学员体会到网络实验的实际价值，了解CAN总线控制技术的基本知识。

　　1 CAN总线网络通信层的模型与协议

　　针对不同的应用领域可选择不同的应用规范，对于一般的应用领域，采用"命令-响应"模式的通信协议，就可以实现可靠而有效的"主-从"式通信网络。如果需要进行大量数据交换或通信方式灵活的CAN网络，则可采用一些标准的多主通信协议，如HilonB协议，或者采用CAN2.0协议中远程帧定义。在汽车电子产品领域，通常参考或直接采用J1939等标准规范。在电力通信设计领域，则常采用DeviceNETV2.0规范，该规范己被我国采纳国家标准。在智能楼宇通信领域，一般使用Modbus协议或延用RS-485模式的"主-从"协议。

　　本系统在建立实际CAN总线通信网络时，使用CAN底层硬件来实现对物理层、数据链路层的控制。应用CAN2.0A/B协议规定的通信检错等机制保证CAN总线通信网络的可靠性，建立了用户协议层的通信协议，并对网络上的通信数据流进行解释与管理。其用户协议层(应用层)通信协议由数据帧和远程帧格式定义来实现，属于"主-从"式结构。

　　2 硬件系统的组成与模块硬件的设计

　　基于现场总线的电工实验指导系统的硬件主要由主机、接口卡、智能节点(从机)组成。主机中有应用程序和数据库等文件;接口卡是CAN实现通信的桥梁，同时，在网络中它也作为一个节点;智能节点由基于现场总线、单片机技术的数据采集与传输模块以及实际操作接线装置等组成。节点能够在计算机的控制下对学生的电工实验进行智能指导。

　　2.1 数据采集与传输模块的设计

　　数据采集与传输模块可分为5个主要部分，即：由单片机AT89S52组成的主机部分;由SJA1000、PCA82C250、光电隔离电路等组成的CAN总线控制及接口部分;由+5V基准电压源、驱动三极管、LED指示灯、数码管组成的电源与显示部分;采用4片8255作为I/O口的扩展，并与操作工位后端接口等电路组成的数据转换与采集部分;实际操作工位。