1 引言
CAN（Controller Area network，控制器局域網） 總線屬現場總線的一種，由于它具有高性能、高可靠性、高性價比、連接方便、實時性好及其獨特的設計等突出優點而被應用于許多工業部門,目前已成為比較流行的一種現場總線,廣泛應用于控制系統中的各檢測和執行機構之間的數據通信。
我們在綜合保護器的設計中，通常都是采用485總線，通訊也采用命令、響應方式。主機發出查詢信號，各測量模塊與主機通訊，報告各自數據及狀態。但在應用現場中，通訊模塊太多，這樣就會使主機十分繁忙，數據就有可能不能及時得到響應命令;并且一旦有一個模塊出現異常，就會影響到整個系統，考慮到實時性和安全性，我們將CAN總線用到了綜合保護器上。
2 CAN總線特點及協議
CAN總線最初是由德國奔馳公司在80年代初為解決現代汽車中眾多的傳感器和執行裝置之間的數據通信而開發的一種先進的串行通訊協議目的是通過較少的信號線，將汽車上的各種電子設備將汽車上的各種電子設備通過網絡連接起來，并提高數據在網絡中傳輸的可靠性。
2.1 CAN總線有特點
（1） CAN總線通訊速率為1Mbps/40m和5kbps/10km，節點可達110個，傳輸介質為雙絞線和電纜;
（2） CAN總線采用非破壞性仲裁技術，將節點信息分為不同的優先級，可滿足不同的實時性要求;
（3） 當節點出現錯誤嚴重時，具有自動關閉總線的功能，切斷它與總線的聯系，可使總線上其它操作不受影響;
（4） CAN可實現全分布式多機系統，且無主從機之分，每個節點均可在任何時刻主動向網絡上其它節點發送信息，可采用點對點，一點對多點及全局廣播幾種方式傳送數據;
（5） CAN總線文報采用短幀結構，每幀信息都有CRC校驗以及其他檢錯措施，使數據出錯率低，可靠性極高;
（6） CAN 總線的成本低。
2.2 CAN總線協議
對通訊數據進行編碼（取消了傳統的對站地址編碼），數據塊標識符可由11位（CAN2.0A）或29位（CAN2.0B）二進制組成，最多可 211或219個數據塊，從而使網絡節點數在理論上不受限制，這種按數據塊編碼的方式還可使不同的節點同時接受相同的數據，這樣給分步式控制系統中實現模塊間的數據和控制信息共享帶來了極大方便。CAN 總線通訊接口集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通訊數據的成幀處理（包括位填充，數據塊校驗，循環冗余校驗，優先級判別等）。
3 系統硬件電路設計
系統中主要由上位機和控制器以及相應的保護電路構成，還有接到PC機內部的CAN接口卡，若干個CAN網絡接點。綜合保護器上的若干個測量模塊（如開關量輸入輸出模塊EDA9050，計數測頻模塊EDA9081，繼電器輸出模塊EDA9060等）可以掛接到總線上，獨立地與上位機通訊。CAN總線系統結構框圖如圖1所示:
綜合保互器是偏向于煤礦系統的，考慮到應用環境的惡劣性，我們在芯片選擇中，選用PCA82C250做CAN收發器，此芯片能提供向總線差動發送能力和對CAN控制器的差動接收能力，能增大通信距離，提高系統瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾等。主控制芯片選用AT89C51，CAN控制器選用具有訪問優先權的獨立控制芯片SJA1000，同時在SJA1000和PCA82C250間加上高速隔離芯片6N137來提高系統抗干擾能力。CAN 節點模塊結構電路如圖2所示:
4 通訊軟件設計
控制軟件的合理設計是模塊實時、有效地完成數據采集及通信任務的關鍵,主要包括系統初始化、CAN信息處理、數據采集及處理等功能模塊。系統開放一個定時中斷,定時時間對應上位機發送來的采樣周期。CAN報文的接收主要有2種方式:中斷和查詢方式。為提高系統的實時性,同時也保證接收緩沖器不出現數據溢出現象,模塊中采用中斷接收方式。CAN報文發送采用查詢方式,即當需要發送數據時,將預先組織好的數據幀按字節寫入SJA1000的發送緩沖寄存器中。
系統初始化包括對各寄存器初始化,而實際上主要是對SJA1000的初始化，在復位模式下完成初始化:設置工作方式、接收濾波方式、接收屏蔽寄存器AMR和接收代碼ACR、波特率參數和中斷允許寄存器等。SJA1000控制器初始化如圖3所示:
5 結束語
采用CAN總線的綜合保護器已運用到西山煤礦，性能良好，與以往的485總線綜合保護器相比，有明顯的優越性:上位機處理事件更及時、單個模塊不能影響到整個系統、抗干擾性能提高，因此，有很好的推廣價值。
參考文獻
[1] 鄔寬明. CAN總線原理和應用系統設計. 北京:北京航空航天大學出版社,1996
[2] 鄔寬明. 現場總線技術應用選編（上）. 北京:北京航空航天大學出版社,2003
[3] 饒運濤等. 現場總線CAN原理與應用技術. 北京:北京航空航天大學出版社,2002
作者簡介
熊珍凱（1979-） 男 在讀碩士 研究方向:計算機測量與控制。
任作新（1938-） 男 教授 研究方向:計算機測量與控制。