E810-TTL-CAN01实现多对多分组通信的应用

  E810-TTL-CAN01实现多对多分组通信的应用

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  E810-TTL-CAN01

  在讲解应用之前,我们需要对CAN总线有一定的了解。

  一、CAN总线简介:

  CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称,是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的,用于局域网控制的总线技术,是国际上应用最广泛的现场总线之一。

  CAN总线采用双线串行通信方式,具备诊断能力,抗电磁干扰,其最快传输速率可达 1 Mb/s ,最长通信距离可达10km(此时的传输速率大约为40 kb/s),速率高,实时性好、可靠性高、成本低。在CAN总线组成的局域网络中,通信节点之间不采用主从方式,而是具有总线访问优先权,通信方式灵活,可以实现点对点,一点对多点及广播方式传输数据。

  二、CAN特点:

  1、网络内的节点个数在理论上不受限制

  CAN协议的一个最大特点是废除了传统地址编码,而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制,数据块的标识符可由11位或29位二进制数组成,因此可以定义2或2个以上不同的数据块,这种按数据块编码的方式,还可使不同的节点同时接收到相同的数据,这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节,可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时,8个字节不会占用总线时间过长,从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能,保证了数据通信的可靠性。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计,特别适合工业过程监控设备的互连,因此,越来越受到工业界的重视,并已公认为最有前途的现场总线之一。

  2、可在各节点之间实现自由通信

  CAN总线采用了多主竞争式总线结构,具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次,因此可在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证,技术比较成熟,控制的芯片已经商品化,性价比高,特别适用于分布式测控系统之间的数据通讯。CAN总线插卡可以任意插在PC AT XT兼容机上,方便地构成分布式监控系统。

  3、结构简单

  只有2根线与外部相连,并且内部集成了错误探测和管理模块。

  4、传输距离和速率

  CAN总线特点:

  (1) 数据通信没有主从之分,任意一个节点可以向任何其他(一个或多个)节点发起数据通信,靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序,高优先级节点信息在134μs通信;

  (2) 多个节点同时发起通信时,优先级低的避让优先级高的,不会对通信线路造成拥塞;

  (3) 通信距离最远可达10KM(速率低于5Kbps)速率可达到1Mbps(通信距离小于40M);

  (4) CAN总线传输介质可以是双绞线,同轴电缆。CAN总线适用于大数据量短距离通信或者长距离小数据量,实时性要求比较高,多主多从或者各个节点平等的现场中使用。

  本应用采用了成都亿佰特电子科技公司有限公司自主研发的E810-TTL-CAN01模块,所以也需要先了解该模块的主要功能及特点。

  一、E810-TTL-CAN01简介:

  E810-TTL-CAN01是一款超高性价比的CAN-BUS开发产品,拥有强大数据分析能力的工具。同时,CAN-TTL-01型智能协议转换模块,体积小巧、方便安装,是工程应用、项目调试及产品开发的可靠助手。

  E810-TTL-CAN01是成都亿佰特电子科技公司有限公司自主研发的一款小型智能协议转换模块,该模块集成了透传功能、主从一体,即拿即用。支持串口指令配置模块参数和功能,转换模式支持透明转换、透明带标识转换、协议模式转换,并支持Modbus ASCII/RTU 协议转换。

  E810-TTL-CAN01模块集成1 路CAN-BUS接口和1 路UART TTL接口,可实现UART TTL信号与CAN-BUS之间互相透传或Modbus协议转换。CAN-TTL-01体积小巧,可3.3V或5V任意一种电源供电,方便集成到各种电路板中。半孔工艺,并同时带有插针焊孔,可贴片焊接,也可用插针方式插拔连接。

  二、特点功能:

  ⚫ 数据转换方向支持UART与CAN之间双向转换;

  ⚫ 转换方式支持透明转换、透明带标识转换和协议模式转换;

  ⚫ 支持Modbus RTU 协议转换;

  ⚫ 支持两种CAN帧数据类型发送方式:通过固定式配置或通过串行帧数据指定;

  ⚫ 支持UART接口进行参数配置;

  ⚫ 支持300~921600范围内UART波特率设置

  ⚫ 支持软件和硬件进入参数设置模式;

  ⚫ 支持软件和硬件恢复出厂参数;

  ⚫ 拥有电源指示灯,状态指示灯,模式指示灯多种指示;

  三、应用场景

  ⚫ 工业控制等CAN-BUS网络;

  ⚫ 汽车、铁路设备联网,现场网络数据监控;

  ⚫ 现有 RS-232 设备连接 CAN-bus 网络;

  ⚫ 安防、消防网络;

  ⚫ 地下远程通讯;

  ⚫ 智能楼宇控制数据广播系统等 CAN-bus 应用系统;

  ⚫ 停车场设备控制;

  ⚫ 智能家居。

  以下讲解使用E810-TTL-CAN01实现多对多分组通信的应用实例。

  实例1

  某地有一个大型化工厂,工厂的布局如图1-1所示:

  工厂左上角区域,有四台重要的共用大型设备ABCD,共用设备的主要用途是给工作区域一二三提供供应物质(通过管道输送到各区域)。

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  图 1-1 大型化工厂区域布局图

  最初所实施的设备运行方案:

  1、安排专门的运维人员,维护设备区域,每天在上班前一个小时开启四台共用设备,在下班结束后关闭这四台设备,四台设备在上班一直运行。

  2、供应物质制备量及供应量都选择能同时满足三个工作区域的标准。

  3、发生需要处理的事项或者紧急情况时由工作区域负责人通过打电话,网络在线沟通等方式告知运维人员,运维人员进行紧急处理。

  但是不久工厂负责人发现,这种设备运行方案相当低效:

  1、四台设备上班时间一直运行,浪费电力。设备不一定都需要开启。

  2、设备制备量及供应量都选择能同时满足三个工作区域的标准,浪费资源。同一供应物质不一定三个工作区域都会使用。

  3、对于紧急情况的处理不够及时。

  4、根本执行者是运维人员,运维人员需要对设备十分熟悉,有良好责任心。

  工厂负责人,于是想要寻找一种智能化的控制系统:

  1、 能够智能的根据实际需求决定设备的选择性开启。

  2、根据实际需求决定供应物质的制备量及供应量。

  3、 提供反馈信息,工作区域负责人可在所在区域的控制台实时查看各设备的运行状态。且发生紧急情况时能通过工作台及时停止设备的运行。

  4、执行者是智能设备,运维人员只需要定期巡检,定期维护设备,在紧急情况时赶到现场控制场面即可。十分高效,省事省时省力。

  5、设备区域与工作区域距离较远,需要控制系统拥有可靠的数据传输能力,传输及时。

  6、设备区域现场环境恶劣,大型设备多,干扰强,需要控制系统抗干扰能力强,现场适应力强

  经考虑:

  选择使用CAN总线组成工厂局域信息网络,实现智能化控制。CAN设备选用成都亿佰特电子科技公司有限公司自主研发的E810-TTL-CAN01。新方案如图1-2,在工厂设备区域及三个工作区域都布置了智能控制台,通过CAN总线组成智能控制系统。

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  图1-2 新设备运行方案布局

  控制台与共用设备之间通过CAN总线连接,如图1-3:

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  图1-3 CAN总线连接图

  控制台与设备的内部结构如图1-4所示:

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  图1-4 控制台与设备的内部结构图

  实际使用效果如下:

  1、 控制台1,2,3(工作区域)都可以查看共用设备ABCD 的运行信息(运行信息由共用设备ABCD实时发送给各控制台),可以输入当前的设备需求(如需要使用哪台设备,使用时间,需要供应物质的量是多少等)(设备需求会发送给控制台4)

  同时控制台1,2,3,4都配备有紧急停止按钮,发生紧急情况可及时停止设备运行

  2、控制台4(设备区域)收集设备需求,计算出最优方案,发送控制信息控制各设备的运行,运行过程设备会实时反馈运行信息,控制台4据此信息优化调整控制操作;

  同时控制台4(设备区域)拥有许多控制权限,由运维人员进行管理,主要是为了高效维修。

  3、以上所有的信息传输,都是基于CAN总线。传输及时,数据准确,抗干扰能力强

  4、以上各种类型的信息传输,使用了CAN-ID作为区分标志,设备与控制台之间的分组,也同样使用了CAN-ID来进行区分,是一种多对多分组通信的方式。