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现场总线的通信介质访问控制方式

wqshand  发表于 2007/6/26 10:12:29      883 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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现场总线的通信介质访问控制方式

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德国 BOSCH公司于1991年推出,用于汽车内部测量和执行部件之间的数据通信。主要应用于离散控制领域中的过程监测和控制,特别是工业自动化的低层监控,解决控制与测试之间的可靠和实时数据交换。
  CAN采用了ISO/OSI的3层模型:物理层、数据链路层和应用层。
  CAN支持的拓扑结构为总线型。传输介质为双绞线、同轴电缆和光纤等。采用双绞线通信时,速率为1Mbps/40m,50kbps/10km,节点数可达110个。
  CAN的通信介质访问方式为带优先级的 CS-MA/CA。采用多主竞争式结构:网络上任意节点均可以在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息,而不分主从,即当发现总线空闲时,各个节点都有权使用网络。在发生冲突时,采用非破坏性总线优先仲裁技术:当几个节点同时向网络发送信息时,运用逐位仲裁规则,借助帧中开始部分的标识符,优先级低的节点主动停止发送数据,而优先级高的节点可不受影响地继续发送信息,从而有效地避免了总线冲突,使信息和时间均无损失。例如,规定0的优先级高,在节点发送信息时,CAH总线做与运算。每个节点都是边发送信息边检测网络状态,当某一个节点发送1而检测到0时,此节点知道有更高优先级的信息在发送,它就停止发送信息,直到再一次检测到网络空闲。图3-1为A、B、C、D4个节点同时发送信息,最后优先级高的节点D有权发送信息,其它节点主动停止发送数据。  CAN的传输信号采用短帧结构(有效数据最多为8个字节),和带优先级的CSMA/CA的通信介质访问方式,对高优先级的通信请求来说,在1Mbps 的通信速率时,最长的等待时间为0.15ms,完全可以满足现场控制的实时性要求。
  CAN突出的差错检验机理,如5种错误检测、出错标定和故障界定;CAN传输信号为短帧结构,因而传输时间短,受干扰概率低。这些保证了出错率极低,剩余错误概率为报文出错率的4.7x10-11。另外,CAN节点在严重错误的情况下,具有自动关闭输出的功能,以使总线上其它节点的操作不受其影响。可见,CAN具有高可靠性。
  CAN的通信协议主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由实现CAN总线通信协议部分和微控制器接口部分电路组成。通过简单的连接即可完成CAN 总线协议的物理层和数据链路层的所有功能,应用层功能由微控制器完成。CAN总线上的节点既可以是基于微控制器的智能节点,也可以是具有CAN接口的 I/O器件。  总之,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN作为现场设备级的通信总线,同其它总线相比,具有很高的可靠性和性能价格比。
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