ZRC-CB09型 船舶CAN-BUS工控网络实验装置

一、设备基础简介

CAN是Controller Area Network的缩写（以下称为CAN），是ISO*1国际标准化的串行通信协议。 在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、便利性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被研发了出来。由于这些系统之间通信所用的数值类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线包括的情况很多，线束的数量也随之多加。为适应"减少线束的数量"、"经过多个LAN，实行大量数值的高速通信"的需要，1986年德国电气商博世公司研发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN经过ISO11898及ISO11519实行了标准化，现在在欧洲已是汽车互联网的标准协议。现在，CAN的高功能和可靠性已被认同，并被广泛地应用来工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。CAN控制器按照两根线上的电位差来判别总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一。发送方经过使总线电平发生改变，将消息发送给接收方。

二、设备特别点
CAN协议设定有以下特别点：
1、多主控制
（1）在总线空闲时，全部的单元全部可开始发送消息（多主控制）。
（2）最先访问总线的单元可获取发送权（CSMA/CA方法*1）。
（3）多个单元同时开始发送时，发送高优先级ID消息的单元可获取发送权。
2、消息的发送：在CAN协议中，全部的消息全部以固定的格式发送。总线空闲时，全部与总线相连的单元全部可以开始发送新消息。两个以上的单元同时开始发送消息时，按照标识符（Identifier 以下称为 ID）决定优先级。ID并不是表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息ID的每个位实行逐个仲裁对比。仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而实行接收作业。
3、系统的柔软性：与总线相连的单元没有类似于"地址"的信息。因此在总线上多加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层全部不需要改变。
4、通信速度：按照整个互联网的规模，可设定适合的通信速度。 在同一互联网中，全部单元必须设定成统一的通信速度。即使有一个单元的通信速度与其它的不一样，此单元也会输出错误信号，妨碍整个互联网的通信。不一样互联网间则可以有不一样的通信速度。
5、远程数值请求：可经过发送"遥控帧" 请求其他单元发送数值。
6、错误检验测试功能：错误通知功能·错误恢复功能 全部的单元全部可以检验测试错误（错误检验测试功能）。 检验测试出错误的单元会立即同时通知其他全部单元（错误通知功能）。 正在发送消息的单元一旦检验测试出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止（错误恢复功能）。
7、故障封闭：CAN可以判别出错误的类型是总线上暂时的数值错误（如外部噪声等）还是持续的数值错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线等）。由此功能，当总线上发生持续数值错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。
8、连接：CAN总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数课程理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数多加；提升通信速度，则可连接的单元数减少。
三、实训模型块配备及功能
1、基础简介
（1）电子回路板（除通信电子回路板之外）应用核心板+地板的设计思路，核心板设计完全相同，只需要按照不一样的底层基板焊接不一样的功能模型块。底层基板的电源部分及通信连接口部分设计是完全相同的，其他部分电子回路完成具体的功能。
（2）电子回路板分为：核心板、DO（数字量输出）底层基板、DIN（数字量写入）底层基板、RO（继电器输出）底层基板、*N（模仿量写入）底层基板、AO（模仿量输出）底层基板和通信板构成。
2、核心板
（1）CPU及最小单元。
（2）4位八段数码管2个，用来指示当前板子名称：如 CanbusdO，CanbusrO，CanbusdI, CanbusAO，Canbus*分别代表数字量输出、继电器输出、数字量写入、模仿量输出、模仿量写入电子回路板。
（3）调节测试及复位连接口。
（4）底层基板连接口。
（5）底层基板连接口。
（6）底层基板连接口。
（7）底层基板连接口。
（8）DA单元。
（9）AD单元。
（10）AD单元。
（11）模仿量电源单元。
（12）USB转TTL连接口单元。
（13）CAN连接口单元。
（14）RS485连接口单元。
（15）RS232连接口单元。
（16）状态指示灯：针对输出（DO/RO/AO）类型的电子回路板，如果该区域指示灯有红色显露，代表系统控制输出功能，如果显露蓝色，代表硬件（其他写入电子回路板）控制器输出通道。
（17）功能选用开关。（固定设定，绝对不能更改。）
（18）掉电数值存储芯片。
（19）数码管驱动单元。
（20）DA单元。
（21）运行指示。（电子回路板运行指示灯，以1hz的频率闪烁。）
3、底层基板共性资源简介：
（1）电源写入连接口，控制电子回路和数字量驱动电子回路建议分别单独供电，也可以共用一路电源。针对DI/DO/RO三块电子回路板，因为全部涉及到外部数字量的驱动，全部应用光电隔离的形式，因此需要两路电源同时供给，对于*/AO可以只提供控制电子回路24V。从上往下连接口定义：控制电源24V+,控制电源24V-,IO电源24V+,IO电源24V-。
下面两个船型开关是电源开关，控制电源和IO电源分别控制，上面控制的是控制电源24V,下面控制IO电源24V。
（2）控制电源处置整理单元。
（3）内部写入/输出，外部写入/输出变换开关，有的电子回路板模型块可以同时对内对外输出，比如RO/DO模型块，这样的模型块不需要变换开关，其他的全部需要该开关来变换内外信号源及目标。在该开关附近全部有IN<--->OUT字样的丝印，拨码开关朝向IN所指示的方向，代表使用内部的信号源或输出给电子回路内部，朝向OUT所示的方向，对标使用外部的信号源或者输出给外部电子回路。
（4）外部接线端子。
（5）CANBUS连接口。
（6）RS485连接口。
（7）RS232连接口。
（8）控制位置选用开关，对于输出性质的电子回路板，可以选用系统控制或者硬件控制。在该开关附近有BD Ctrl和SF Ctrl的丝印，开关拨到BD Ctrl方向代表受硬件控制，对应核心板的状态指示灯显露蓝色；拨到SF Ctrl方向代表受系统控制，对应核心板的状态指示灯显露红色。
（9）核心板接入区域。
以上9个功能区域对应的功能每块电子回路板全部一样，不再赘述。
4、数字量写入电子回路板
（1）光电隔离单元。
（2）光电隔离单元。
（3）电压（V）转化单元。5V转为3.3V写入到CPU对应的GPIO通道。
（4）写入船型开关：在硬件控制模式下，改电子回路板的1-10通道控制DO通道的1-10；11-20通道控制RO通道的1-10。
5、数字量输出电子回路板
（1）P-MOS管单元。
（2）光电隔离单元。
（3）指示单元，双色LED指示，输出通道激活显露绿色，输出通道不激活显露红色。
（4）CPU电源转化单元。
（5）PTC，1A自恢复保险丝。
6、继电器输出电子回路板
（1）P-MOS单元。
（2）光电隔离单元。
（3）继电器单元。
（4）指示单元。继电器激活时显露绿色，继电器没激活显露红色。
（5）CPU电压（V）变换单元。
7、模仿量写入电子回路板
（1）电压（V）表指示单元，指示0-25.00界限，内应的写入电压（V）为0-2.5V，对应的外部写入电流（A）为0-25mA。
（2）电位计单元。
（3）数码管驱动单元。
8、模仿量输出电子回路板
（1）输出电流（A）显露，对应显露00.00-25.00，对应输出0-25mA电流（A）。
（2）数码管驱动电子回路。
9、通信电子回路板
（1）CPU及最小系统单元。
（2）Can连接口芯片单元。
（3）RS485连接口芯片单元。
（4）USB供电处置整理单元。
（5）指示单元。
（6）掉电数值存档单元。
（7）RS232单元。
（8）调节测试单元。
（9）USB连接口芯片单元。
（10）功能选用开关。
（11）电源保护单元。
（12）USB连接口。
（13）Can总线连接口。
（14）RS232连接口。
（15）RS485连接口。
10、--
该系统主要针对Canbus通信原理及通信应用实行演示，系统全部控制数值及反馈数值全部经过Canbus总线实行交叉传输。每一块电子回路板存储着在网全部数值，对两两之间的Can总线通信状态全部有就地实时的记录，并而且该记录也经过Canbus传输到互联网上，数值在DI/DO/RO/AO/*之间就地实时的周期性的交换（交换周期大约0.7s），通信电子回路板的作用是将Canbus互联网上的数值经过USB-TTL路由到PC上，给PC系统提供数值源，同时经过USB-TTL 接受PC系统的指令，并同步到Canbus互联网上，完成系统的控制，因此通信电子回路板不仅仅默默地监视着Canbus互联网上的数值，同时还要下发命令，与其他全部电子回路板产生交互，其在网状态也要受到监控，于是这6块电子回路板形成了两两交叉的Can数值交互模型。在系统中可以监视每两块电子回路板之间的Canbus联通情况。