基于can总线汽车加速度信息采集系统设计本科(编辑修改稿)

基于can总线汽车加速度信息采集系统设计本科(编辑修改稿)内容摘要：

决定接收或屏蔽该报文； （ 6）可靠的错误处理和检错机制； （ 7）发送的信息遭到破坏后，可自动重发； （ 8）节点在发生错误且情况很严重的情况下具有自动退出总线的功能； 因此它是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合性技术。 其主要的技术特点如下： (1) CAN 总线的系统结构具有高度的分散性、它是一种全新的分布式控制系统的体系结构 ,正因为如此这极大地简单化了系统结构便于使用。 (2)对现场环境的适应性 CAN 总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等 ,具有特别厉害的抗干扰能力 ,可以采用两线制实现供电和通信这两项技能 ,并可 以满足安全防爆的要求。 由于 CAN 总线结构简单 ,所以不要使用 DCS 系统的信号调理，转换隔离等功能单元和其他复杂的接线 ,节省了硬件数量和投资简单的连线设计 ,节省了安装费用。 设备具有自诊断与简单处理故障的能力 ,极大的减少了维护工作量。 设备的互换性，智能化，大大提高了系统的准确性和可靠性 ,而且还它还具有设计简单 ,易于重新构造等优点。 CAN 总线的优点 贵阳学院毕业设计（论文） 第 7 页 共 30 页 (l)CAN 总线具有实时性强、抗电磁干扰能力强、成本低和传输距离较远等优点。 采用双线串行通信方式，检错能力强，可以在高噪声干扰环境中工作。 具有优先权和仲裁功能 ，多个控制模块通过 CAN 控制器接到其上面，形成多主机局部网络。 可根据报文的ID 决定接收或屏蔽该报文 .可靠的错误处理和检错机制 .发送的信息遭到破坏后，可自动重发。 (2)节省安装费用 .CAN 总线系统的接线方式其实是十分简单 ,容易操作的，由于一对双绞线或者是一条电缆上通常可挂接多个设备 ,因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量可以大大的减少 ,连线设计与接头校对的工作量也大大减少 当我们需要增加现场控制设备时 ,根本就不需要增设新的电缆 ,我们可以就近连接在原有的电缆上 ,不但大大的节省了投资 ,而且还减少了设计 .安装的工作量。 (4)根据 CAN 总线设备的智能化 .数字化来看，它从根本上提高了测量与控制的准确度 ,减少了传送误差。 与此同时 ,由于系统的结构简化 ,使得设备极大的减少 ,设备也减少一些，现场仪表的功能加强 ,提高了系统的工作可靠性 .除此此外 ,由于它的设备标准化和功能模块化 ,因而还具有设计通熟易懂 ,易于运用等优点。 光电检测领域 光电检测技术是一门新兴的检测技术。 与其他技术运营相比这门技术其实就是充分利用电子技术对光学信息进行分析、检测并下一步的传递、储存、计算、控制和显示等。 光电检测的特点 光电检测技术其实很 简单的，就是将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量 ,它具有如下这几点特点。 (l)高精度、光电检测的精度是将所有检测技术中精度最高的一种。 (2)远距离大量程、光是最便于远距离传播的介质 ,特别适用于遥测和遥控 ,例如光电跟踪、武器制导、电视遥测等。 (3)寿命长 .其实在理论上光的传播是用不会有任何的磨损的 ,只要复现性做得好 ,那么我们就可以认为它可以 长 久的使用。 （ 4)具有超强的信息处理和运算能力 ,可以将及其错综复杂信息并行处理，而且当我 贵阳学院毕业设计（论文） 第 8 页 共 30 页 们用光电方法还可以便于信息的控制和存储 ,易于 实现自动化 ,易于与计算机连接 ,易于实现智能化等 .真的是不得了啊。 光电检测技术的发展趋势 现代检测技术是现代一切科技和当代工业部门能正常运转的基础之一。 光电检测技术不但是是现代检测技术中的中及其重要组成部分 ,而且随着发展其重要性也是越来越有明显的体现 .其表现在以下方面： (l)发展纳米、因为纳米高精度的光电检测是现在的新技术。 (2)发展小型的、快速的微型光机电检测系统。 (3)非接触、快速在线测量。 用来以满足快速增长的商品经济的需要。 (4)要努力向人们无法触及的领域发展 ，这样才会取得更大的进步。 随着现代微处理器技术的发展 ,作为机器人的视觉系统已经被人们提到议事日程上 ,它直接影响着机器人的发展和完善。 本文的主要研究内容 针对当代汽车的发展趋势 ,本文设计了一种基于 CAN总线的数据采集系统 ,并将其应用于汽车的加速度测量中由于在汽车各个部件中 ,有着各种各样的干扰源以及不可预见的情况发生。 因此要求整个系统都必须具有很高的抗干扰能力和纠错能力 ,同时还需要对各种模拟与数字信号进行及时的传输 ,并且对传感器发出的命令与数据做到实时的响应 这就要求被选择的总线标准精确可靠 .抗干扰性强 .实时性高。 己经成为该应用领域发展的一大趋势。 其主要优点如下几点 : (1)总线访问的优先权是取决于报文标识符 ,这样就使得多主设计变成为了可能。 (2)非常强的错误处理能力 ,这样就为系统的可靠运行创造非常良好的条件。 贵阳学院毕业设计（论文） 第 9 页 共 30 页 第 2 章 CAN 总线技术 CAN 总线介绍 CAN 总线全名应该是“控制器局域网络总线”。 是 BOSCH 公司 20 世纪 80 年代为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据转换而研发的一种串行数据通信技术。 它是总线的一种与我们常见的 USB 总线属于一类技术，只不过 CAN 总线采用差 分信号传输、有很强的错误识别、通信距离长、因此被用到一些特殊的场合，比如汽车、加工厂等干扰较强的地方。 CAN 总线被广泛应用于汽车、火车、轮船、机器人、机械制造、数控机床等领域。 CAN 总线的基本工作原理 CAN 总线的结构是一中很典型的串行总线的结构形式。 CAN 总线中一个节点发送信息 ,再由多个节点接收信息。 正因为如此 CAN 总线的信息存取方式使用的是一种广播式的存取工作方式，这种方式完全不同于令牌方式和主从方式。 与其他网络不同 ,在 CAN 总线的通信协议中 ,它支持的是基于报文的工作方式，所以既不会有节 点地址的概念 ,也没有任何与节点地址相联的信息存在。 也就是说 ,CAN 总线面向的是数据却不是节点 ,因此加入或者撤销节点设备是不会影响网络的工作 ,十分适用于控制系统要求快速、可靠、简明的特点。 基于 CAN总线的汽车加速度信息采集处理系统的设计另外一个好处是新的节点可以随时方便地加入到现有的系统中 ,而不需对所有节点进行重新编程以便它们能识别这一新节点。 一旦这个新节点加入到网络中 ,它就开始接收信息 ,判别信息标识 ,然后将所得的信息通过传感器发送到显示器上，继而得到我们要得到的信息。 CAN 总线的特点 （ 1） 低成本； 现在用一个控制器和收发器就够了。 在相对复杂的远距离网络中性价比比较高 ,可靠性也是降低后期成本的主要原因。 贵阳学院毕业设计（论文） 第 10 页 共 30 页 （ 2）极高的总线利用率； 有完善的仲裁机制。 而且可以使用硬件自动完成仲裁。 所以，在负载比较大的网络中比较适用，不容易出现因为拥堵导致的通信错误和总线瘫痪。 （ 3）很远的数据传输距离 (长达 10Km)； 距离就看收发器的能力了。 而且 CAN 协议是不限制传输介质的，也就是说使用光缆可以绕地球一圈。 （ 4）高速的数据传输速率（高达 1Mbit/s）； CAN 一般都是用独立的硬件，所 以可以使用较高的波特率。 不过这些优点都是在特定的条件下才成立的。 比如一个小网络，安全要求又很低。 那么 can 的成本反而很高。 CAN 协议分析 协议的分层结构 CAN 总线遵从 150/051 模型 ,以确保可以在任何两个 CAN 器件之间建立兼容性。 但是考虑到 CAN总线主要应用于工业控制底层网络 ,其单次传输的信息量又比较小 ,实时性要求较高 ,因此综合考虑 150/051基准模型 ,将 CAN结构划分为两层 :数据链路层和物理层 ,其分层结构如图 所示 ,而应用层可以由用户自行定义。 图 CAN总线的分层结构 贵阳学院毕业设计（论文） 第 11 页 共 30 页 物理层 (1)物理信令 (PLSphysiealSignaling)用于实现与位表示定时和同步相关的功能。 (2)物理媒体附属装置 (PMA)用于总线发送与接收的功能电路 ,并且可以提供总线出故障时的检测方法。 (3)媒体相关接口 (MDI)用来作用于物理媒体和 MAU 之间的机械以及电气接口。 数据链路层 按照 和 标准 ,数据链路层又可划分为逻辑链路控制 (LLC 一LogicLinkContr01)与媒体访问控制 (MACMediumAccessControl)两个部分 LLC 子层 :主要负责帧接收滤波、超载通知和恢复管理。 在丢失仲裁情况下 ,可以退出仲裁并转入接收方式、构造出错帧并开始发送。 接收功能主要包括 .接收媒体访问管理以及接收数据卸装。 CAN 总线的通信线路由两根导线组成 ,分别由 CANH 和 CANL 组成，网络中所有的节点都挂接在该总线上 ,并且都通过这两根导线交换数据。 总线上某一时刻显现的数值由两根导线上电压 VCAN 一和 VCAN_L 的差值表示。 该差分电压 Vdiff 可表示显性和隐性两种互补的逻辑数值 .而在隐性状态下差分电压 Vdiff 近似于显性状态 Vdiff 则大于一个最小值。 在 CAN 总线标准通信协议中规定显性表示逻辑 0,而隐性则表示逻辑 1。 当在总线上同时出现显性位和隐性位同时发送时 ,节点发送驱动电路的设计使得总线数值表现为显性 .在总线空闲位期间 ,总线则会将表现隐性状态显性状态改写隐性状态启动发送并进行各节点之间的同步。 报文传输及其帧结构 CAN 总线技术规定在报文传输过程中 ,发送报文的单元称为该报文的发送器。 该单元在总线丢失总线仲裁之前恒为发送器、如果一个单元不是报文发送器 ,并且总线不处于空闲状态 ,则该单元为接收器。 对于报文的发送和接收 ,其实际有效时刻是基于 CAN 总线的数据采集处理系统的设计不同的。 按功能大致可以具体分为以下四种： 数据帧 :数据帧会将数据从发送器发送至接收器。 远程帧 :总线单元发送数据 ,请求发送具有同识别符的数据帧。 错误帧 :由检测到总线错误的任何单元发出错误帧。 过载帧 :过载帧用以在先行和后续的数据帧之间提供一附加的延时。 以下将逐一对各帧的结构做详细介绍； 贵阳学院毕业设计（论文） 第 12 页 共 30 页 (l)数据帧 数据帧由 7 个 不 同 的 区 域 组 成 ， 帧 起 始 (StartofFrame) 、仲裁区域(AthitrationField)、控 制区域 (ControlField)、数据区域 (DataField)、 CRC 区域(CRCField)、应答区域 (ACKField)、帧结尾 (EndofFrame)、数据区域长度可为 0。 其结构如图 所示： 帧起。