現場總線是自動化領域的計算機網絡。CAN 總線作為目前最有前途的現場總線之一，其主要優點為實時性好、可靠性高、性價比突出。因此已經逐漸成為當今自動化領域發展的熱點之一。

　　本文主要研究對象為基于 CAN 總線的分布式數據采集與通訊系統，并準備將其應用于工業現場。作者在分析了 CAN 總線 2.0B 協議的基礎上，采用結構化的方法獨立設計了帶有 CAN 總線通信接口的數據采集與處理底層模塊。

　　底層模塊的硬件設計以 C8051F040 高速型單片機為核心，其內部已經集成了 AD 采集和 DA 輸出子模塊，在其基礎上，又外擴了 CAN 總線通訊、人機交互、地址譯碼等功能模塊。

　　在集成了 Keil C51 編譯器的 Silicon Laboratories IDE 開發環境下，采用模塊化的軟件程序設計方法完成了底層模塊的模擬電壓采集、CAN 總線通訊、模擬電壓輸出、 LCD 顯示、矩陣鍵盤掃描、現場溫度監控、開關量輸入輸出等功能。每個子任務模塊之間通過主程序的多任務機制來進行分時調用，并采用過采樣等方法對采集到的信號進行一些簡單的處理，減輕通訊帶寬的負擔，以提高系統的實時性與效率。

　　整個系統由兩個底層模塊和一臺接有 CAN 總線通信板卡的上位機組成，采用主從結構，通過接口卡來實現雙向通訊，由此可以及時得知工業現場的各種數據和運行參數，從而保證了對現場遠程測控的實時性。CAN 總線應用層協議由作者自行定義和編寫，使之更加符合本系統的要求和特點。

　　目前整個系統運行良好，性能穩定，通信冗余度高，符合工業現場使用的要求。

　　所謂現場總線（Field bus），顧名思義，就是一種應用在生產最低層的總線型拓撲網絡。進一步講，這種總線是用做現場控制系統的、直接與所控設備串行相連的通信網絡。它是在市場對現場儀表智能化以及全數字控制系統的需求驅動下產生的，從技術的角度看，它是將 5C 技術--COMPUTER（計算機技術）、CONTROL（自動控制技術）、COMMUNICATION（通信技術）、CRT（顯示技術）和 CHANGE（轉換技術）緊密結合后的必然產物。按照國際電工委員會 IEC61158 的定義，現場總線是指安裝在制造或過程區域的現場裝置之間、以及現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行和多點通信的數據總線。它的關鍵標志是支持雙向、多節點、總線式的全數字式通訊。總的來說它不單單是一種通信技術，也不僅僅是用數字儀表代替模擬儀表，而是用新一代的現場總線控制系統 FCS（Fieldbus Control System）代替傳統的集散控制系統 DCS（Distributed Control System），實現通信網絡與控制系統的集成。

　　本課題的研究重點是設計基于 CAN 總線的數據采集與處理模塊，并將其應用于工業現場。由于在工控現場中，有著各種各樣的干擾源以及不可預見的突發事件，因此要求整個系統都必須具有很高的抗干擾能力和糾錯能力，同時還需要對從現場采集到的各種模擬與數字信號進行及時的傳輸，并且對上位機發出的命令與數據做到實時的響應。這就要求被選擇的總線標準精確可靠、抗干擾性強、實時性高。

　　之所以在那么多現場總線標準中選擇 CAN 總線作為本系統的傳輸協議，是因為在本系統中，CAN 總線有著其它幾種現場總線所無法比擬的特性。

　　CAN 總線技術是為分布式系統在強干擾等惡劣環境下能夠正確可靠的傳輸而研制開發的一種總線標準，因此其較低的成本和較高的實時處理能力使其在工業自動化領域中的應用越來越廣，已經成為該應用領域發展的一大趨勢。其主要優點如下：

　　（1） 短報文結構。由于工業現場的數據傳輸特點為傳輸頻率較大，但是每次信息量不多，因此 CAN 總線的這種短報文格式既保證了系統的實時性又充分利用了帶寬，傳輸效率大大提高。

　　（2） 確保緊急報文的等待時間。等待時間是指從收到發送要求到開始發送之間的時間，等待時間主要取決于總線客觀條件的變化。在向總線發送報文并產生失真的情 6 況下，等待時間可高達 149 位時間（最惡劣情況）。而優先級高的報文總能最先被發送，這樣可以最大程度的保證工業現場重要信息的傳輸。

　　（3） 總線訪問優先權取決于報文標識符，使得多主設計成為可能。

　　（4） 強有力的錯誤處理能力，為系統的可靠運行創造良好的條件。

　　（5） 配置靈活，方便局域網進行擴展。本課題的主要任務是設計一個基于 CAN 總線協議的分布式數據采集與處理系統。具體包括以下幾個方面的工作：

　　1）利用 PHILIPS 公司生產的 CAN 微控制器 SJA1000 設計出基于 CAN 總線的底層智能模塊，它帶多路 I/O 口、AD 采集和 DA 輸出等，可完成信號采集與處理、LCD 顯示、芯片溫度監控等功能，并通過硬件調試達到各種技術指標；

　　2）使用 VC 編寫與完善基于周立功公司生產的 CAN 總線適配器 PCI5121 的上位機通訊監控界面，以完成對整個 CAN 總線系統的管理與控制；

　　3）搭建分布式數據采集與控制系統，編寫各現場控制單元的應用與處理程序，在上位機軟件管理與控制下實現各現場控制單元與上位機之間的雙向數據通訊。