E810-TTL-CAN01實(shí)現(xiàn)多對(duì)多分組通信的應(yīng)用
E810-TTL-CAN01
在講解應(yīng)用之前，我們需要對(duì)CAN總線有一定的了解。
CAN總線是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network, CAN)的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)的，用于局域網(wǎng)控制的總線技術(shù)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。
CAN總線采用雙線串行通信方式，具備診斷能力，抗電磁干擾，其最快傳輸速率可達(dá) 1 Mb/s ,最長通信距離可達(dá)10km（此時(shí)的傳輸速率大約為40 kb/s），速率高，實(shí)時(shí)性好、可靠性高、成本低。在CAN總線組成的局域網(wǎng)絡(luò)中，通信節(jié)點(diǎn)之間不采用主從方式，而是具有總線訪問優(yōu)先權(quán)，通信方式靈活，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及廣播方式傳輸數(shù)據(jù)。
CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)符可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義2或2個(gè)以上不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過長，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。
CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。CAN總線協(xié)議已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價(jià)比高，特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機(jī)上，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。
只有2根線與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯(cuò)誤探測和管理模塊。
(1) 數(shù)據(jù)通信沒有主從之分，任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以向任何其他（一個(gè)或多個(gè)）節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)通信，靠各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息優(yōu)先級(jí)先后順序來決定通信次序，高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)信息在134μs通信;
(2) 多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起通信時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的避讓優(yōu)先級(jí)高的，不會(huì)對(duì)通信線路造成擁塞;
(3) 通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM(速率低于5Kbps)速率可達(dá)到1Mbps(通信距離小于40M）；
(4) CAN總線傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜。CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長距離小數(shù)據(jù)量，實(shí)時(shí)性要求比較高，多主多從或者各個(gè)節(jié)點(diǎn)平等的現(xiàn)場中使用。
本應(yīng)用采用了成都億佰特電子科技公司有限公司自主研發(fā)的E810-TTL-CAN01模塊，所以也需要先了解該模塊的主要功能及特點(diǎn)。
E810-TTL-CAN01是一款超高性價(jià)比的TTL轉(zhuǎn)CAN無線通信模塊CAN-BUS開發(fā)產(chǎn)品，擁有強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析能力的工具。同時(shí)，CAN-TTL-01型智能協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，體積小巧、方便安裝，是工程應(yīng)用、項(xiàng)目調(diào)試及產(chǎn)品開發(fā)的可靠助手。
E810-TTL-CAN01是成都億佰特電子科技公司有限公司自主研發(fā)的一款小型智能協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，該模塊集成了透傳功能、主從一體，即拿即用。支持串口指令配置模塊參數(shù)和功能，轉(zhuǎn)換模式支持透明轉(zhuǎn)換、透明帶標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)換、協(xié)議模式轉(zhuǎn)換，并支持Modbus ASCII/RTU 協(xié)議轉(zhuǎn)換。
E810-TTL-CAN01模塊集成1 路CAN-BUS接口和1 路UART TTL接口，可實(shí)現(xiàn)UART TTL信號(hào)與CAN-BUS之間互相透傳或Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換。CAN-TTL-01體積小巧，可3.3V或5V任意一種電源供電，方便集成到各種電路板中。半孔工藝，并同時(shí)帶有插針焊孔，可貼片焊接，也可用插針方式插拔連接。
? 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方向支持UART與CAN之間雙向轉(zhuǎn)換；
? 轉(zhuǎn)換方式支持透明轉(zhuǎn)換、透明帶標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)換和協(xié)議模式轉(zhuǎn)換；
? 支持Modbus RTU 協(xié)議轉(zhuǎn)換；
? 支持兩種CAN幀數(shù)據(jù)類型發(fā)送方式：通過固定式配置或通過串行幀數(shù)據(jù)指定；
? 支持UART接口進(jìn)行參數(shù)配置；
? 支持300～921600范圍內(nèi)UART波特率設(shè)置
? 支持軟件和硬件進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模式；
? 支持軟件和硬件恢復(fù)出廠參數(shù)；
? 擁有電源指示燈，狀態(tài)指示燈，模式指示燈多種指示；
? 工業(yè)控制等CAN-BUS網(wǎng)絡(luò)；
? 汽車、鐵路設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控；
? 現(xiàn)有 RS-232 設(shè)備連接 CAN-bus 網(wǎng)絡(luò)；
? 安防、消防網(wǎng)絡(luò)；
? 地下遠(yuǎn)程通訊；
? 智能樓宇控制數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)等 CAN-bus 應(yīng)用系統(tǒng)；
? 停車場設(shè)備控制；
? 智能家居。
以下講解使用E810-TTL-CAN01實(shí)現(xiàn)多對(duì)多分組通信的應(yīng)用實(shí)例。
某地有一個(gè)大型化工廠，工廠的布局如圖1-1所示：
工廠左上角區(qū)域，有四臺(tái)重要的共用大型設(shè)備ABCD，共用設(shè)備的主要用途是給工作區(qū)域一二三提供供應(yīng)物質(zhì)（通過管道輸送到各區(qū)域）。
圖 1-1 大型化工廠區(qū)域布局圖
最初所實(shí)施的設(shè)備運(yùn)行方案：
1、安排專門的運(yùn)維人員，維護(hù)設(shè)備區(qū)域，每天在上班前一個(gè)小時(shí)開啟四臺(tái)共用設(shè)備，在下班結(jié)束后關(guān)閉這四臺(tái)設(shè)備，四臺(tái)設(shè)備在上班一直運(yùn)行。
2、供應(yīng)物質(zhì)制備量及供應(yīng)量都選擇能同時(shí)滿足三個(gè)工作區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)。
3、發(fā)生需要處理的事項(xiàng)或者緊急情況時(shí)由工作區(qū)域負(fù)責(zé)人通過打電話，網(wǎng)絡(luò)在線溝通等方式告知運(yùn)維人員，運(yùn)維人員進(jìn)行緊急處理。
但是不久工廠負(fù)責(zé)人發(fā)現(xiàn)，這種設(shè)備運(yùn)行方案相當(dāng)?shù)托В?/span>
1、四臺(tái)設(shè)備上班時(shí)間一直運(yùn)行，浪費(fèi)電力。設(shè)備不一定都需要開啟。
2、設(shè)備制備量及供應(yīng)量都選擇能同時(shí)滿足三個(gè)工作區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)，浪費(fèi)資源。同一供應(yīng)物質(zhì)不一定三個(gè)工作區(qū)域都會(huì)使用。
3、對(duì)于緊急情況的處理不夠及時(shí)。
4、根本執(zhí)行者是運(yùn)維人員，運(yùn)維人員需要對(duì)設(shè)備十分熟悉，有良好責(zé)任心。
工廠負(fù)責(zé)人，于是想要尋找一種智能化的控制系統(tǒng):
1、 能夠智能的根據(jù)實(shí)際需求決定設(shè)備的選擇性開啟。
2、根據(jù)實(shí)際需求決定供應(yīng)物質(zhì)的制備量及供應(yīng)量。
3、 提供反饋信息，工作區(qū)域負(fù)責(zé)人可在所在區(qū)域的控制臺(tái)實(shí)時(shí)查看各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。且發(fā)生緊急情況時(shí)能通過工作臺(tái)及時(shí)停止設(shè)備的運(yùn)行。
4、執(zhí)行者是智能設(shè)備，運(yùn)維人員只需要定期巡檢，定期維護(hù)設(shè)備，在緊急情況時(shí)趕到現(xiàn)場控制場面即可。十分高效，省事省時(shí)省力。
5、設(shè)備區(qū)域與工作區(qū)域距離較遠(yuǎn)，需要控制系統(tǒng)擁有可靠的數(shù)據(jù)傳輸能力，傳輸及時(shí)。
6、設(shè)備區(qū)域現(xiàn)場環(huán)境惡劣，大型設(shè)備多，干擾強(qiáng)，需要控制系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，現(xiàn)場適應(yīng)力強(qiáng)
經(jīng)考慮：
選擇使用CAN總線組成工廠局域信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智能化控制。CAN設(shè)備選用成都億佰特電子科技公司有限公司自主研發(fā)的E810-TTL-CAN01。新方案如圖1-2，在工廠設(shè)備區(qū)域及三個(gè)工作區(qū)域都布置了智能控制臺(tái)，通過CAN總線組成智能控制系統(tǒng)。
圖1-2 新設(shè)備運(yùn)行方案布局
控制臺(tái)與共用設(shè)備之間通過CAN總線連接,如圖1-3：
圖1-3 CAN總線連接圖
控制臺(tái)與設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-4所示：
圖1-4 控制臺(tái)與設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
實(shí)際使用效果如下：
1、 控制臺(tái)1,2,3（工作區(qū)域）都可以查看共用設(shè)備ABCD 的運(yùn)行信息（運(yùn)行信息由共用設(shè)備ABCD實(shí)時(shí)發(fā)送給各控制臺(tái)），可以輸入當(dāng)前的設(shè)備需求（如需要使用哪臺(tái)設(shè)備，使用時(shí)間，需要供應(yīng)物質(zhì)的量是多少等）（設(shè)備需求會(huì)發(fā)送給控制臺(tái)4）
同時(shí)控制臺(tái)1,2,3,4都配備有緊急停止按鈕，發(fā)生緊急情況可及時(shí)停止設(shè)備運(yùn)行
2、控制臺(tái)4（設(shè)備區(qū)域）收集設(shè)備需求，計(jì)算出最優(yōu)方案，發(fā)送控制信息控制各設(shè)備的運(yùn)行，運(yùn)行過程設(shè)備會(huì)實(shí)時(shí)反饋運(yùn)行信息，控制臺(tái)4據(jù)此信息優(yōu)化調(diào)整控制操作；
同時(shí)控制臺(tái)4（設(shè)備區(qū)域）擁有許多控制權(quán)限，由運(yùn)維人員進(jìn)行管理，主要是為了高效維修。
3、以上所有的信息傳輸，都是基于CAN總線。傳輸及時(shí)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，抗干擾能力強(qiáng)
4、以上各種類型的信息傳輸，使用了CAN-ID作為區(qū)分標(biāo)志，設(shè)備與控制臺(tái)之間的分組，也同樣使用了CAN-ID來進(jìn)行區(qū)分，是一種多對(duì)多分組通信的方式。
今天的分享就到這里啦，EBYTE每一天都致力于更好的助力物聯(lián)化、智能化、自動(dòng)化的發(fā)展，提升資源利用率，更多產(chǎn)品更多資料，感興趣的小伙伴可以登錄我們的億佰特官網(wǎng)和企業(yè)公眾號(hào)（微信號(hào)：cdebyte）進(jìn)行了解，也可以直接撥打400電話咨詢技術(shù)專員！
