通信网络-CAN总线在开放式数控系统的应用
基于CAN总线的开放式数控系统的硬件设计
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维普资讯
成都 电 子机 械 高 等 专 科 学 校 学 报
总第 ３ ８期 Ｃ Ｅ Ｇ Ｕ Ｅ Ｅ Ｔ Ｏ Ｅ Ｈ ＮＣ ＬＣ Ｌ Ｅ Ｅ Ｈ Ｎ Ｄ Ｌ Ｃ Ｒ Ｍ Ｃ Ａ ＩＡ Ｏ Ｌ Ｇ
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２０年第１ ０７ 期
２０ 年 ３ ０７ 月 ９
维普资讯
８ ２０ 年第 １ ０７ 期
范 钧 郭成操 江书勇： 基于 Ｃ Ｎ 总线的开放式数控 系统的硬件设计 Ａ
CAN总线的应用分析
CAN总线的应用分析
CAN总线（Controller Area Network）在近几十年发展迅猛，是当今工业自动化控制系统中最重要的通信总线之一，它非常适合用于汽车行业，具有耗电少，价格低，阻抗高，数据传输高效率，及抗噪声能力强等特点。
此外，它的特性可以实现数据交互简便，可以使用车载电子系统上的各种复杂功能。
因此，CAN总线在近几十年受到越来越多的应用，广泛应用于汽车电子，医疗系统，机器人，航空航天，通信系统，铁路和交通信号等领域。
首先，CAN总线是用于汽车电子系统的通信总线，是车载控制与诊断系统的核心技术。
CAN总线可以实现多节点网络结构，能够满足大量控制和监测系统的要求，包括传感器检测，控制，测试，诊断，监控，以及紧急情况的发现和报警等等。
CAN总线还可以用于汽车的智能传感器网络，该网络可以收集有关汽车状态的信息，并将数据传输到车载控制程序，使汽车能够精准地控制和操作，从而节约能源，提高汽车性能。
其次，CAN总线也被广泛应用于许多医疗系统，可以实现各医疗设备之间的实时数据通信，以及实施复杂的监测和控制系统，可以改进病人的整体护理质量，减少护理的费用支��。
CAN总线技术在组合机床通信系统中的应用
CAN总线技术在组合机床通信系统中的应用文章结合组合机床数控技术的发展，较为全面地分析了CAN总线技术在组合机床通信系统中的软硬件设计，并针对组合机床在实际操作中电磁干扰问题，给出了CAN总线抗干扰能力的硬件设计图，较好地突出了CAN总线的高实时性、可靠性高、传输速率高、传输距离远等优点。
标签：CAN总线技术；组合机床；通信系统；电磁干扰引言随着数控技术的发展，现代组合机床装备了大量的电控系统来满足加工精度、加工速度等要求，而这些电控单元需要通过通信系统来配合进行复杂的决策运算，完成加工任务。
机床监控技术的出现更是使得组合机床朝着远程网络化的方向发展[3]。
因此，为组合机床电控系统添加通信和控制功能的总线技术显得尤为关键。
目前传统的通信方式有RS-232、RS-485、CAN总线技术等。
而RS-232传输速率偏低，传输距离偏短，抗干扰能力差且只适合点对点的连接方式；RS-485可以实现半双工的总线型网络，总线上需要连接多收发器，通信速率和通信距离同样偏低，实时性不高[2]。
而CAN总线技术可以很好地克服以上几种方式的缺点。
1 CAN总线技术简介CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，由德国Bosch公司1993年为解决汽车电控单元之间通信而推出的一种现场总线通信技术。
相比之下，CAN总线技术具有多工作方式、高实时性、非破坏性的基于优先权的仲裁技术、报文滤波技术、系统容量大、短帧结构、数据出错率低、可靠性高、通信介质选择灵活以及底层协议固化等优点[5]。
当然，较为重要的特点是传输速率高、传输距离远。
表1为位速率与最大通信距离的关系。
表1 位速率与最大通信距离的关系2 CAN主控制器的硬件设计CAN总线通信接口由CAN协议控制芯片和收发器组成。
一般来说，一个CAN节点就是一个独立的具有CAN总线通信功能的单片机。
常见的CAN总线节点实现方式有三种：微处理器+独立CAN协议控制器+CAN收发器、自带CAN 控制器的微处理器+CAN收发器、串行I/O器件+CAN收发器[3]。
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用
CAN总线是一种通信协议，主要用于实现各种控制设备之间的数据交互。
在汽车控制系统中，CAN总线被广泛应用于连接各种控制模块，如引擎控制模块、变速器控制模块、空调控制模块等，从而实现汽车的智能化控制。
首先，CAN总线可以使控制模块之间实现广泛的数据交换。
通过CAN总线，各种控制模块可以方便地共享各自的传感器数据和控制指令。
例如，引擎控制模块和变速器控制模块可以共享发动机转速和挡位信息，以实现更准确的车速计算和更顺畅的换挡操作。
空调控制模块和驾驶员区域温度控制模块可以共享车内温度和空调开关信息，以实现更舒适的驾乘体验。
其次，CAN总线可以提高汽车控制系统的可靠性和稳定性。
与传统的电缆互连方式相比，CAN总线可以减少大量的电缆连接，从而减少故障点，提高系统的可靠性。
同时，CAN 总线通过采用分布式控制方式，也可以提高系统的稳定性。
当一个控制模块发生故障时，其他控制模块可以接管其功能，从而保证整个系统的稳定性和可靠性。
此外，CAN总线还可以提高汽车控制系统的灵活性和可配置性。
通过CAN总线，控制模块之间可以方便地进行参数传输和配置，以适应不同的工况要求。
例如，对于同一款发动机，可以通过不同的控制模块参数设定，以实现不同的功率和燃油效率。
同时，CAN总线也为汽车控制系统的故障诊断和维护提供了方便。
总之，CAN总线在汽车控制系统中的应用极为广泛，可以提高控制系统的数据交换、可靠性、稳定性、灵活性和可配置性，从而使汽车更加智能化、安全可靠、舒适高效。
CAN总线原理与技术应用
CAN总线原理与技术应用CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）总线是一种常用于车辆电子系统的通讯协议。
由于CAN总线具有速度快、可靠性高、数据传输安全等优点，因此在汽车、工业自动化等领域得以广泛应用。
物理层：CAN总线使用双绞线作为传输介质，支持两种传输速率，即高速CAN和低速CAN。
高速CAN的传输速率可达1 Mbps，主要用于大部分车辆内部的通信；低速CAN的传输速率为100 kbps，主要用于外部设备和主机之间的通信。
数据链路层：数据链路层负责确保数据的正确传输。
CAN总线采用了一种基于确认应答的传输机制，发送端发送数据后，接收端需要返回一个确认应答，以确保数据的正确接收。
如果发送端没有收到应答，将重新发送数据，直到收到正确的应答位置。
网络层：网络层对发送的数据进行优先级处理，以确保重要数据的传输和处理。
CAN总线使用了CID（CAN Identifier，CAN标识符）来标识不同数据的优先级。
CID的长度为11位或29位，优先级高的CID具有更短的标识符，从而能够获得更高的发送优先级。
应用层：应用层是CAN总线与上层系统（如ECU，Electronic Control Unit）之间的接口。
ECU是车辆电子系统的核心部分，用于控制发动机、转向系统、车身电子系统等。
CAN总线通过与ECU的连接，实现了系统之间的数据共享和通信。
在汽车领域，CAN总线被用于连接车内各种控制单元，实现整车系统的数据共享和协调控制。
通过CAN总线，不同的控制单元可以相互通信，从而提高整车系统的可靠性和性能。
例如，发动机控制单元可以通过CAN总线与车速传感器和氧传感器等外部设备进行通信，实时控制发动机工作状态。
在工业自动化领域，CAN总线被用于连接各种工业设备，实现设备之间的数据传输和控制。
通过CAN总线，不同的设备可以实现数据共享和协同工作。
例如，生产线上的传感器和执行器可以通过CAN总线与PLC （Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）进行连接，实现自动化控制。
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用CAN总线是一种广泛应用于汽车计算机控制系统的通信协议，它已经成为现代汽车电子系统中最为重要的一部分。
本文将探讨CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用，并分析其在汽车行业中的重要性。
让我们来了解一下CAN总线的基本原理和特点。
CAN（Controller Area Network）总线是一种串行通信协议，它可以实现多个节点之间的快速、可靠的数据交换。
CAN总线采用差分信号传输方式，具备抗干扰能力强、传输距离远、传输速率高等特点。
在汽车领域，CAN总线被广泛应用于汽车计算机控制系统、车载网络、车辆信息系统等方面，成为了汽车电子技术的重要支撑。
在汽车计算机控制系统中，CAN总线扮演着承上启下的重要角色。
它连接着车辆中的各种电子控制单元（ECU），如发动机控制单元、变速器控制单元、制动控制单元、空调控制单元等。
这些ECU通过CAN总线进行数据交换和通信，实现对车辆各个部件的实时监控和控制。
通过CAN总线，ECU可以相互之间快速传输各种传感器数据、执行器信号以及诊断信息，从而协调各部件工作，提高整车性能和安全性。
在汽车计算机控制系统中，CAN总线的应用涉及到的方方面面。
CAN总线实现了车辆各个部件之间的数据共享和协同控制。
在发动机控制系统中，发动机控制单元通过CAN总线接收来自各个传感器的数据，如节气门位置、发动机转速、水温、氧感应器信号等，然后根据这些数据进行实时计算和控制，调整点火时机、喷油量等参数，以优化发动机性能和燃油效率。
CAN总线还实现了车辆诊断和故障检测功能。
通过CAN总线，汽车技师可以查看和记录车辆的诊断故障码，以快速定位和排除故障。
CAN总线还能够实现车辆远程诊断和升级，为车辆维修和保养提供了便利。
CAN总线还被广泛应用于车载网络系统中。
现代汽车车载网络已经不仅仅是传统的车身电气系统，而是一个电子与控制系统的综合体。
通过CAN总线，一些高级驾驶辅助系统（ADAS）如自动驾驶、自适应巡航等可以实现实时的数据交换和协同控制。
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用
CAN总线是Controller Area Network的缩写，是一种高性能、高可靠性、实时性强的多节点通信总线。
CAN总线具有以下几个主要特点：
1.简单：CAN总线采用二线制结构，只需要CAN_L线和CAN_H线，结构简单，布线方便。
2.高效：CAN总线采用事件触发和数据导向的方式进行通信，可以减少通信时的冗余数据，提高通信效率。
3.可靠：CAN总线采用差分通信技术和错误校验机制，具有良好的抗干扰能力和错误检测能力。
4.实时性强：CAN总线采用优先级和仲裁机制，可以实现实时的数据传输和响应。
1.发动机控制系统：汽车发动机控制系统是整个汽车控制系统的核心，CAN总线在发动机控制系统中起到了重要的作用。
通过CAN总线，发动机控制单元可以与其他控制单元进行数据的交换和共享，实现发动机的高效控制和调整。
2.车身控制系统：汽车车身控制系统主要包括制动系统、悬挂系统、转向系统等。
这些控制单元之间需要进行实时的数据交换和协调。
CAN总线可以提供稳定可靠的数据传输通道，实现各个控制单元之间的数据交换和协调，提高整个车身控制系统的性能和安全性。
4.车载娱乐系统：现代汽车越来越注重车载娱乐系统的功能和用户体验。
CAN总线可以提供高效、稳定的数据传输通道，实现车载娱乐系统各个模块之间的数据交换和共享。
通过CAN总线，车载娱乐系统可以与其他控制系统进行数据的交互，提供更多的娱乐功能和服务。
CAN总线网络及其在工程机械控制系统上的应用
CAN总线网络及其在工程机械控制系统上的应用1 CAN总线与CANopen简介CAN(Controller Area Network)即控制器局域网络最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的。
现代汽车越来越多地采用电子装置控制，如发动机的定时、注油控制，刹车控制(ASC)及复杂的抗锁定刹车系统(ABS)等，这些控制需要检测及交换大量数据，CAN总线就是用来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。
由于CAN总线本身的特点，其应用范围已不再局限于汽车行业，而向纺织机械、机器人、数控机床、医疗机械、工程机械及传感器等领域发展，CAN已被公认为最有前途的现场总线之一。
CAN属于总线式串行通信网络，其技术规范包括2.0A和2.0B,国际标准组织1993年正式颁布了CAN的国际标准ISO11898。
CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型OSI(Open System Interconnection)基础上的，OSI把开放系统的通信功能划分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层等共7个层次，CAN只使用OSI底层的物理层和数据链路层。
CAN信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/5kbps,可挂接设备数最多可达110个。
CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰概率低，当节点有严重错误时，具有自动关闭功能，使总线上其他节点通信不受影响。
CAN的媒体访问机制是带有优先级的CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)方式，而且其占线侦测是非破坏性的，因此CAN是一种优先级抢占方式的实时网络。
CAN的基本协议只有物理层和数据链路层，没有应用层，为了便于面向用户层面的应用开发，不同的行业组织相继在CAN的基础上制定了一系列具有应用层的通信协议，包括J1939、SDS、CAL和CANopen等等。
CAN总线的应用分析
CAN总线的应用分析CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用在工控、汽车、航空航天等领域的串行通信总线协议。
本文将对CAN总线的应用进行分析。
首先，CAN总线在汽车行业的应用非常广泛。
现代汽车中的许多系统都采用了CAN总线进行通信，如引擎控制单元（ECU）、制动系统、仪表盘、电子稳定控制系统（ESP）、空调系统等。
CAN总线的高可靠性和实时性使得汽车系统能够高效地进行数据交换和控制。
其次，CAN总线在工控领域的应用也非常普遍。
工控系统中需要将各个设备和节点进行连接和通信，CAN总线作为一种性能稳定的通信手段被广泛应用。
例如，工厂生产线上的各种传感器、执行器、PLC等设备可以通过CAN总线进行数据交换和控制。
CAN总线的高实时性和抗干扰能力使得工控系统能够实现稳定可靠的数据传输和控制。
此外，CAN总线也在航空航天领域得到广泛应用。
在飞机上，各种系统需要进行通信和数据交换，如发动机控制系统、驾驶舱仪表系统、通讯系统等。
CAN总线被广泛应用于这些系统之间的数据传输和协调控制，其可靠性和实时性能够满足对航空航天设备的高要求。
另外，CAN总线在物流、农业、能源等领域也有着重要的应用。
在物流领域，CAN总线可以用于卡车和物流设备之间的数据传输和控制，实现物流操作的智能化和自动化。
在农业领域，CAN总线可以用于农机设备和传感器之间的数据交换和控制，提高农业生产的效率和智能化程度。
在能源领域，CAN总线可以用于电力设备之间的数据传输和控制，实现能源系统的监控和调节。
总之，CAN总线作为一种高可靠性和高实时性的串行通信总线协议，被广泛应用于汽车、工控、航空航天、物流、农业、能源等领域。
它能够满足各种系统之间的数据传输和控制需求，实现系统的智能化和自动化。
随着技术的不断发展，CAN总线的应用领域将更加广泛，并且在各个领域中的应用也将更加深入和成熟。
CAN总线的使用
CAN总线的使用CAN（Controller Area Network）总线是一种多主机、多线程、分散控制系统中常用的实时通信协议，被广泛应用于车载电子、工业自动化、航空航天等领域。
本文将从CAN总线的基本原理、应用场景、使用方法等方面进行介绍。
一、CAN总线的基本原理CAN总线是由以位为基本单元的串行通信协议，其通信原理可以简单概括为：数据发送方通过CAN控制器将数据转换成一系列的数据帧，并通过CAN总线发送给接收方；接收方的CAN控制器接收到数据帧后，将其还原成原始数据。
CAN总线采用了CSMA/CR（Carrier Sense Multiple Access with Collision Resolution）的数据传输方式，即对总线中数据帧的冲突进行检测和解决。
二、CAN总线的应用场景1.车载电子系统中，CAN总线常用于汽车中的各种电子控制单元（ECU）之间的通信。
例如，引擎控制单元（ECU）、刹车控制单元（ECU）、空调控制单元（ECU）等通过CAN总线进行实时的数据交换和协调。
2.工业自动化领域中，CAN总线广泛应用于工业机器人的控制、传感器的数据采集与通信等方面。
CAN总线在工业环境中的抗干扰能力较强，可以满足高噪声环境下的可靠通信要求。
3.航空航天领域中，CAN总线可用于飞机电子设备之间的数据通信，如航空仪表、飞行控制系统、通信导航系统等。
三、CAN总线的使用方法1.硬件部分：（1）CAN总线连接：CAN总线通常使用双绞线进行连接，其中一根线为CAN High（CAN_H），另一根线为CAN Low（CAN_L）。
CAN_H和CAN_L通过终端电阻连接至VCC和GND，即电压分配电阻（VCC上的120欧姆电阻和GND上的120欧姆电阻）。
（2）CAN控制器选择：需要选择适合应用需求的CAN总线控制器。
（3）CAN总线的连接节点：将需要通信的CAN节点连接至CAN总线上，通常通过CAN收发器进行连接。
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用随着汽车电子技术的不断发展，汽车计算机控制系统作为汽车电子系统的核心，起着越来越重要的作用。
而CAN总线作为汽车计算机控制系统中的重要通讯协议，更是在汽车电子控制系统中大显身手。
本文将为大家详细介绍CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用，以及它对汽车电子控制系统的重要作用。
我们来了解一下CAN总线的基本概念。
CAN(Controller Area Network)总线是一种串行通信协议，它是一种高速、可靠的通信网络，广泛应用于汽车电子控制系统中。
CAN总线是由德国公司BOSCH开发的，它采用了CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）技术，具有优异的抗干扰能力和高可靠性，能够满足汽车复杂的通讯需求。
在汽车计算机控制系统中，CAN总线被广泛应用于车载网络系统中，它可以连接各种传感器、执行器和控制单元，实现各个控制模块之间的数据交换和通讯。
CAN总线可以实现高速传输和实时控制，能够满足汽车电子控制系统日益增长的通讯需求。
我们来看一下CAN总线在汽车计算机控制系统中的具体应用。
CAN总线在汽车的发动机控制系统中扮演着重要的角色。
发动机控制单元(ECU)利用CAN总线与各个传感器和执行器进行通讯，实现对发动机的精准控制和调节。
通过CAN总线，发动机控制单元可以获取发动机运行的各种参数，如转速、油温、气温等，也可以向执行器发送控制命令，如点火时机、喷油量等，从而实现对发动机的精准控制。
CAN总线在汽车的车身电子控制系统中也发挥着重要作用。
车身电子控制系统包括ABS 防抱死系统、空调控制系统、车载娱乐系统等，这些系统之间需要实现数据交换和通讯，以便实现各自功能的协同工作。
CAN总线可以连接车身各个控制模块，实现各模块之间的数据交换和通讯，可以实现对车身各个系统的协同控制，提高了汽车的安全性、舒适性和便利性。
CAN总线在汽车的诊断系统中也发挥着重要作用。
CAN总线可以连接汽车上的各种传感器和执行器，通过CAN总线可以实现对汽车各个系统和部件的远程诊断和检测，从而实现对汽车整体状态的监控和管理，这对于汽车的维修和保养有着重要的意义。
CAN总线技术及应用详细教程
CAN总线技术及应用详细教程CAN总线技术是一种常用的局域网通信技术，特别适用于在工业领域中的实时控制系统中使用。
它具有高速稳定的通信能力和可靠的错误检测与纠正机制，广泛应用于汽车行业、机器人控制、航空航天等领域。
本文将详细介绍CAN总线技术的基本原理、通信方式及应用场景。
首先，我们来了解一下CAN总线技术的基本原理。
CAN总线是一种基于串行通信的网络协议，采用主从结构，由一个主控节点和多个从节点组成。
它采用差分信号进行数据传输，可以抵抗电磁干扰，并且具有较长的通信距离。
CAN总线使用了CSMA/CR（载波监听多址/冲突检测）协议，通过监听总线上的数据进行通信，避免数据冲突。
此外，CAN总线还引入了CRC（循环冗余检测码）校验，用于检测数据传输中的错误，并且具有错误重发功能，提高了通信的可靠性。
其次，我们来了解一下CAN总线的通信方式。
CAN总线通信主要分为两种方式：数据帧传输和远程帧传输。
数据帧传输是指主控节点向从节点发送具体的数据信息，包括数据标识符、数据长度以及实际数据内容。
远程帧传输则是主控节点向从节点发送请求，要求从节点发送特定的数据信息。
在CAN总线上，数据帧和远程帧通过不同的标识符进行区分，以确保数据传输的准确和高效。
最后，我们来了解一下CAN总线的应用场景。
CAN总线技术广泛应用于汽车行业中的车辆电子系统中，如引擎控制单元、制动系统、车身电子等。
它通过CAN总线连接各个子系统，实现数据的高效传输和实时控制。
在机器人控制领域中，CAN总线也被广泛应用，用于连接各个机器人模块，实现协同控制和数据交换。
此外，CAN总线还可以用于航空航天领域中的飞行控制系统、导航系统等。
总结一下，CAN总线技术作为一种高效、可靠的局域网通信技术，具有广泛的应用前景。
它采用差分信号传输，具有较高的抗干扰能力和较长的通信距离。
CAN总线通过CSMA/CR协议和CRC校验，实现了高效的数据传输和可靠的错误检测机制。
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用【摘要】CAN总线技术在汽车行业中扮演着至关重要的角色。
本文从基本原理入手，介绍了CAN总线在汽车控制系统中的应用。
在汽车发动机控制方面，CAN总线实现了各个传感器和执行器之间的高效通讯，提高了发动机性能和燃油效率。
在底盘控制中，CAN总线可以实现车辆稳定性控制和制动系统的协调工作。
在安全系统方面，CAN总线通过快速传输信息，提高了车辆的安全性。
而在信息娱乐系统中，CAN总线使得各个娱乐设备之间实现互联互通。
CAN总线技术的应用不仅提升了汽车控制系统的可靠性和智能化水平，也为汽车工业的发展带来了新的机遇和前景。
在未来，随着技术的不断进步，CAN总线有望在汽车行业中扮演更加关键的角色。
【关键词】CAN总线, 汽车计算机控制系统, 基本原理, 发动机控制, 底盘控制, 安全系统, 信息娱乐系统, 技术重要性, 控制系统提升, 发展前景.1. 引言1.1 CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用在发动机控制方面，CAN总线可以实现各个传感器和执行器之间的数据交换，使发动机控制更加精确和高效。
通过CAN总线，发动机控制单元可以实时监测发动机工况，并根据需要对燃油喷射、点火时机等参数进行调整，以提高燃油效率和降低排放。
在底盘控制方面，CAN总线可以实现车辆动态稳定控制、制动系统协调、悬挂系统调节等功能。
通过CAN总线，各个底盘控制单元可以实时传输数据，协同工作，使车辆在各种路况下保持稳定性和安全性。
在安全系统方面，CAN总线可以实现防抱死制动系统（ABS）、电子稳定系统（ESP）、车身控制系统等功能。
这些系统可以通过CAN 总线实时交换数据，快速做出反应，避免事故发生。
在信息娱乐系统方面，CAN总线可以实现音频、视频、导航等功能的集成。
通过CAN总线，各个娱乐设备可以实现数据共享，并与车辆其他系统进行交互，提供更加智能的驾驶体验。
CAN总线技术在汽车行业中发挥着重要作用，为汽车控制系统的提升和发展提供了重要支持。
CAN总线在机床数控系统中的设计应用
廑旦塞
近，其灵敏度 约为 ４ ｏ℃时的四分之一 ，此时 Ｏ１℃变化引起轨道距 ． 离的变化在 Ｏ０ ０ ６ ． １０左右 ，故测温精度优 于 ±０ １ ０ ． ℃， 由此推 算， 该测温电路 的温度分辨 力应能达到 ＯＯ ．ｌ℃，从表 中还可得 出相邻取 样点之间 （ 距离 Ｏ５ ． ℃）插值 非线性误 差约 Ｏ ％ 。测量误差主要 ． ２ 来源于温度 传感器本身的误差及转换成 数字信 号时的转换误差。
文章编号： １７ ・０ １２ ０ ）２０ ６ ・２ ６ １１ ４ （０ ７０ —０ ７０
Ｃ Ｎ总线在机床数控系统 中的设计应用 Ａ
宋长亮 ，周建平，梁楚华 ．
（ 新疆 大学 机械 工程 学院 ，乌鲁 木齐 ｓ ｅｏ ） ３ ｏ８
摘要：本文介绍 了实验型 电弧加工机床 在强电磁干扰 下应用 Ｃ Ｎ总线 实现 Ａ 机床控制单元多主机通信，以保证实时性和可靠性。设计 了数控系统与伺服 控制器的 Ｃ Ｎ总线协议和数据 结构。该系统具 有抗干扰能力强 ，结构 灵活 Ａ 的特点。
关键词：数控 系统 ： Ｃ Ｎ总线 ：伺服控制器 Ａ
中图分类号 ：Ｔ ２ １ ． 文献标识码 ： Ｂ Ｐ ７ ＋４
定的抗干扰能 力，因此在工业 中得到 非常广泛 引用。但是在 一些 数据可靠性要求更高，干扰更强 ，多主机通信 的场合， 镐 ５ 通信方 式就 不能够满足 要求 了。 Ｃ ＡＮ总 线作 为一种 带有校 验和检 错机 制，能够实现多主机通 信，以及很高的实时性 ，较为低廉的安装成 本， 已经在工业现 场控 制，机器人 、数控机床 、医疗器械 、传感器 及智能仪等领域 得到广泛 的应 用 【】 ｌ
析 ． 测控技术． ２０ ， ） ３５ ． ０ ２（ ： －５ ７５ 【１王亚南，王新扬。李晓峰 ．Ｔ ３０系列 高速 单片机曝理与应用 ． ４ ＭＳ ２ 成都 ：电子科技大学 出版社 ． １９ ． ９１
数控机床现场总线技术的应用
数控机床现场总线技术的应用随着科技的不断进步和现代制造业的发展，数控机床在工业生产中的作用变得越来越重要。
为了提高数控机床的性能和效率，现场总线技术被广泛应用于数控机床系统中。
本文将探讨数控机床现场总线技术的应用，并分析其在数控机床系统中的优势和挑战。
一、现场总线技术的基本概念和原理现场总线技术是一种用于工业自动化领域的通信技术，它通过将传感器、执行器和控制器等设备连接到一个共享的总线上，实现设备之间的高效通信和协调工作。
现场总线技术不仅简化了系统的布线结构，提高了系统的可扩展性，还增强了数据传输的可靠性和实时性。
在数控机床系统中，现场总线技术的应用具有重要的意义。
通过将各种设备连接到同一总线上，数控机床系统中的各个设备可以实现实时的数据交换和协同工作，从而提高了机床系统的整体性能和效率。
二、数控机床现场总线技术的优势1. 提高了系统的可靠性和可扩展性数控机床现场总线技术可以将各个设备连接到同一总线上，通过总线进行数据传输和设备之间的通信。
这种结构简化了系统的布线，减少了布线错误的可能性，提高了系统的可靠性。
同时，现场总线技术还具有较好的可扩展性，可以方便地增加或替换设备，满足不同生产需求的变化。
2. 提高了数据传输的实时性和稳定性数控机床现场总线技术利用高速的数据传输通道，将数据在设备之间进行实时传输。
相比传统的点对点通信方式，现场总线技术具有更短的响应时间和更高的数据传输速率，保证了数据的实时性和稳定性，提高了机床系统的控制精度。
3. 降低了系统的成本和维护难度采用现场总线技术可以减少系统中的电缆长度和数量，降低了系统的成本。
同时，现场总线技术可以利用自动检测和故障诊断功能，实现对设备状态的实时监测和故障排除，减少了系统的维护难度和维修成本。
三、数控机床现场总线技术的应用案例1. CAN总线技术CAN总线是一种应用最为广泛的现场总线技术，它具有高实时性、可靠性和抗干扰性的特点。
在数控机床系统中，CAN总线常被用于控制板之间的数据传输和通信，实现数控机床系统内部各个模块之间的协同工作。
CAN总线原理及应用
CAN总线原理及应用CAN（Controller Area Network）总线是一种高速、可靠性强的实时通信总线，广泛应用于汽车、工业自动化、航空航天等领域。
本文将从CAN总线的基本原理、传输帧格式、错误检测和纠正机制、应用领域等方面进行详细介绍。
一、CAN总线的基本原理CAN总线采用串行通信方式，由两条差分信号线CANH和CANL构成。
其中，CANH和CANL两条线分别相互倒置，从而在传输数据时形成差分信号。
CAN总线采用仲裁机制，即多个节点同时发送数据时，按照优先级依次发送，避免多个节点同时发送导致的数据冲突。
二、CAN总线的传输帧格式CAN总线的传输帧由固定长度的报文组成，分为标准帧和扩展帧两种格式。
标准帧的数据长度为11位，扩展帧的数据长度为29位。
传输帧的基本结构包括起始位（SOF）、帧类型（FF）、数据标识符（Identifier）、数据长度码（DLC）、数据域（Data field）、校验位（CRC）和结束位（EOF）。
可以通过帧类型来区分标准帧和扩展帧，数据标识符用于标识发送数据的节点，数据长度码表示数据域的长度，校验位用于检测数据在传输过程中的错误。
三、CAN总线的错误检测和纠正机制为了保证CAN总线的高可靠性，CAN总线采用了重要的错误检测和纠正机制。
其中，CRC（Cyclic Redundancy Check）循环冗余校验码用于检测数据传输过程中的错误，通过比对接收到的CRC码和发送方预先计算的CRC码是否一致来判断数据的正确性。
此外，CAN总线还采用了错误报告机制，如错误标志、错误定位和错误状态等，方便节点检测和处理异常情况。
四、CAN总线的应用领域由于CAN总线具有高速、实时性好、抗干扰性强等特点，因此在很多领域都得到了广泛应用。
其中，汽车领域是CAN总线应用最为广泛的一个领域。
CAN总线在汽车中主要用于车载网络通信，如发动机控制、底盘控制、仪表盘和车门控制等。
此外，CAN总线还被广泛应用于工业自动化领域，如数控机床、机器人、智能仓储系统等。
CAN总线原理与技术应用
CAN总线原理与技术应用CAN总线是一种串行通信协议，用于在电子设备之间传输数据。
它的全称是Controller Area Network，即控制器局域网络。
CAN总线最初是由德国的Bosch公司在1986年提出的，用于解决汽车电子系统之间大量数据通信的需要。
随后，CAN总线技术逐渐在其他领域得到推广应用，如工业控制、航空航天、医疗设备等。
CAN总线的特点是高速、实时和可靠。
它采用了串行通信方式，能够以较高的速度传输数据，通常可以达到1Mbps以上的数据传输速率。
此外，CAN总线可以实现实时通信，对于时间敏感的应用非常适用。
同时，CAN总线的通信是双向的，能够实现多个节点之间的通信，并且具有冗余性和错误检测机制，保证了系统的可靠性。
CAN总线的工作原理是基于主从结构和多点通信的方式。
在一个CAN网络中，通常会有一个主控器（主机）和多个从控器（从机），它们之间可以进行双向通信。
数据传输时，主控器负责发送数据帧，从控器负责接收并响应。
CAN总线使用标准的消息帧格式来传输数据，包括数据、控制和错误检测字段。
CAN总线的技术应用非常广泛。
在汽车电子系统中，CAN总线被广泛应用于发动机管理系统、制动系统、空调系统等各种控制单元之间的通信。
通过CAN总线，这些控制单元可以实时地交换信息，从而实现汽车系统的协同工作。
在工业控制领域，CAN总线可以用于各种工厂自动化设备之间的通信，实现生产过程的监控和控制。
此外，CAN总线还可以应用于智能家居、医疗设备、航空航天等领域，为各种电子设备提供可靠的通信方式。
除了标准的CAN总线协议外，还有一些衍生的CAN总线技术，如CAN FD（Flexible Data-Rate）、CANopen等。
CAN FD是在标准CAN总线的基础上增加了数据传输速率和数据帧长度的扩展，可以更好地适用于一些高速、大容量的应用场景。
CANopen是一种针对工业控制领域的高层协议，它建立在CAN总线的基础上，提供了更加完善的通信功能和网络管理能力。
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用1. 引言1.1 CAN总线的概念Controller Area Network（CAN）总线是一种用于在同一车辆或工业系统中传输数据的串行通信协议。
CAN总线最初是由德国公司Bosch在1986年开发的，目的是在汽车电子系统中提供一种高效可靠的通信方式。
CAN总线采用了串行通信的方式，可以通过两条通信线（CAN-H和CAN-L）来实现数据传输。
CAN总线的特点包括高速、可靠、实时性强、灵活性高等。
通过CAN总线，各个控制模块可以实现快速的数据交换，实现实时监控和控制。
CAN总线还具有一定的容错能力，即使在发生错误的情况下，仍然能够保持通信的稳定性。
CAN总线支持多个节点共享同一总线，可以实现多点通信，提高了系统的灵活性和可扩展性。
CAN总线是一种广泛应用于汽车电子系统中的通信协议，其高速、可靠和灵活的特点使其成为了现代车辆控制系统中不可或缺的一部分。
在接下来的章节中，将详细介绍CAN总线在汽车计算机控制系统中的基本原理、应用场景、优势以及未来发展趋势。
1.2 CAN总线的特点1. 高可靠性：CAN总线采用差分信号传输，具有抗干扰能力强的特点，能够有效地抵御传输过程中的干扰，提高系统的稳定性和可靠性。
2. 高实时性：CAN总线支持实时数据传输，能够在微秒级的时间内完成信息的传递，适用于对数据传输速度要求较高的应用场景。
3. 灵活性：CAN总线支持多主机共享的方式，不仅可以连接多个控制单元，还可以在网络中增加或删除节点，灵活性较高。
4. 数据传输高效：CAN总线采用先进的通信协议，支持数据的快速传输和传输成功率的监控，能够保障数据的完整性和准确性。
5. 成本效益高：CAN总线的成本相对较低，适用于大规模应用的场景，能够降低系统的总体成本。
CAN总线具有高可靠性、高实时性、灵活性、高效性和成本效益高等特点，使其在汽车计算机控制系统中得到广泛应用并取得良好的效果。
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用
CAN总线在汽车计算机控制系统中的应用CAN总线是汽车电子控制系统中应用最广泛的通信总线之一。
它被用于连接车载电子控制单元（ECU），实现车辆各系统之间的信息交换和协同控制，如动力系统、转向系统、制动系统等。
CAN总线通过一组两线式通信方式（CAN_H和CAN_L）实现数据传输，具有高效、可靠、可扩展等特点。
CAN总线不仅能够满足传统的车身控制需求，如引擎管理、刹车系统等，也能够应用于高级驾驶辅助系统（ADAS），如自动驾驶、智能制动、自适应巡航等。
1. 发动机控制系统发动机控制系统是CAN总线应用最早、最广泛的领域之一。
ECU通过CAN总线接收来自传感器的发动机参数信息，如转速、负荷、温度等，通过控制执行器（如节气门、喷油器、点火器等）调节发动机工作状态，以实现发动机的高效、环保、安全运行。
2. 刹车系统刹车系统的主控制器（ABS控制器）通过CAN总线接收来自车载传感器的制动状态信息，如车速、制动压力等，以及来自其他电子控制单元的相关信息，如发动机、转向、稳定性控制等，实现了刹车系统和其他辅助系统的联动和协同控制，提高了行车安全性能。
3. 自适应巡航控制系统自适应巡航控制系统借助激光雷达、摄像头、超声波等传感器获取车身周围环境信息，通过CAN总线实现与发动机、制动、转向等辅助系统的协同控制和数据交换，实现智能巡航、跟车等复杂驾驶场景下的自动控制。
4. 智能安全系统智能安全系统通过CAN总线获取车身状态、驾驶习惯等信息，从而判断驾驶员是否存在疲劳、分心等不安全行为，并采取相应的安全措施，如发出声音提醒、调整车速、自动刹车等，提高车辆行驶的安全性能。
总之，CAN总线在汽车计算机控制系统中发挥着非常重要的作用。
它不仅实现了车辆各系统之间的信息交互和协同控制，还为智能驾驶、车联网等新技术的应用奠定了良好的基础。
CAN总线在开放式数控系统的应用
CAN总线在开放式数控系统的应用
赵小凤;李红信
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2009(025)025
【摘要】在详细研究了数控系统及CAN总线的基础上,根据特定的系统需求,提出并成功开发了以微型计算机为上位机、以CAN总线为现场设备通信平台的开放式数控系统.
【总页数】3页(P135-136,145)
【作者】赵小凤;李红信
【作者单位】730000,甘肃兰州,兰州大学信息学院;730000,甘肃兰州,兰州大学信息学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP336
【相关文献】
1.基于CAN总线的开放式数控系统的硬件设计 [J], 范钧;郭成操;江书勇
2.基于CAN总线的开放式铣床数控系统的研究 [J], 马西沛;陈蕾;刘伟
3.基于CAN总线开放式数控系统的研究 [J], 田平;耿锋;张武;韩铁强
4.基于CAN总线的开放式数控系统控制网络的设计 [J], 刘丽松;殷苏民;林新华;郑晓峰
5.基于CAN总线的开放式数控系统的研究和实现 [J], 徐进;刘德营;张红军
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基金颁发部门：国家自然科学基金；项目名称：具有随机时滞的网络化控制系统的分析与综合；编号：60504020/F0301，2006-1至2008－12；基金申请人：李红信CAN总线在开放式数控系统的应用The Application of CAN Fieldbus in CNC System赵小凤李红信（兰州大学信息学院，甘肃兰州 730000）ZHAO XIAOFENG LI HONGXIN(School of Information Science & Engineering,Lanzhou University, Lanzhou Gansu 730000)摘要在详细研究了数控系统及CAN总线的基础上，根据特定的系统需求，提出并成功开发了以微型计算机为上位机、以CAN总线为现场设备通信平台的开放式数控系统。
关键字：开放式数控系统；CAN总线；伺服控制中图分类号：TP336 文献标志码：AAbstract:On the basis of numerical control system and CAN bus study, according to the specific system requirements, the article advanced and empoldered a CNC system successfully,which used micro-computer for the PC and used CAN bus for on-site communication facilities platform.）Keyword :CNC System; CAN Fieldbus;Servo Control1．引言：随着微电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量技术的不断发展和迅速应用，在制造业中，数控技术和数控机床不断更新换代，正向着高速度、多功能、智能化、开放型以及高可靠性等方面迅速发展。
数控机床的生产量和数控技术的应用已成为衡量一个国家工业化程度和技术水平的重要标志。
开放式、网络化数控系统已成为当前数控技术发展的主要趋势。
CAN总线适用于数据交换简短而频繁的场合，是解决工业控制设备之间数据通信的有效方式，可以方便有效地构成分布式实时过程检测与控制系统。
由于基于CAN总线的数据通信具有高可靠性、实时性和灵活性等特点，特别适合于工业现场自动化设备的互连，在汽车工业等领域得到了广泛的应用。
CAN总线标准也是现场总线的国际标准之一（ISO11898）。
本文针对一个需要上位机与下位机进行现场通信的数字控制系统，根据数据量和通信速率的要求，采用基于CAN总线作为通信平台。
整个系统能够在4ms的控制周期内，完成对7个伺服轴和一个主轴的位置和速度控制，系统性能达到了预期的目标。
2. 数控机床的组成数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及其测量装置组成。
图1是数控机床组成框图，其中除机床本体之外的部分统称为计算机数控（CNC）系统。
图1 数控机床的组成框图开放式数控系统的关键技术是建立开放的数控体系结构，并确定开放式的标准。
在结构上向趋于裁剪、扩展和升级的方向发展；形式上向可灵活组成不同档次、不同类型的方向进行迈进。
3. 系统设计3．1 硬件平台设计根据开放式数控系统的可裁减要求，数控系统最大控制能力为七轴五联动。
具体的控制量为：外接数字IO数量不少于340个，其中输入不少于200个，输出不少于140个，不少于80 个继电器输出，并且有不少于40个继电器输出指示灯。
本系统要求能够控制七个伺服轴和一个主轴，设置控制周期为4ms，因此要在4ms的控制周期内完成对8个轴的控制，其中每个轴的控制字为4字节，再加上本系统设计时所使用的外接数字IO为360个，则控制字需要360/8=45个字节，因此通讯速度至少为（4*8+45）/0.004=19.25 Kb/s。
在通信距离不超过40m时，can总线数据传输速率可高达1Mb/s，我们系统设计所要求的最大传输距离为30m ，因此完全可以满足要求。
为了增强通讯的可靠性，使用双CAN通信，其中第2路can总线作为系统的冗余。
如果把上位机（PC104+CAN通信卡）和下位机（PC104+位控卡+IO卡）插在一起或叠在一起，会限制数控系统结构安装的灵活性。
另外，如果上位机和下位机拥挤安置在操作盒内，不利于散热；而且运动控制板卡也安装在操作盒内，接口线缆密集，不利于拆装。
在此，希望设计一种通讯结构能够使上位机和下位机分开安装，而且两者之间以较少的通讯线连接进行长距离通讯，所以此处考虑到采用CAN总线的串行通信方式。
图2为CAN总线的开放式数控系统架构。
图2 CAN总线的开放式数控系统架构图中，上位机系统为思泰基公司的SB610（PC104）主板，外加2路can总线（用SJA1000+82C250）构成，采取内存影射方式读写数据，经can总线将数据传送给下位机。
上位机由于外接开关电源不便以及考虑干扰，电源需要从下位机引入24V电源，经24/5V电源模块输出供电。
上位机的机箱根据整个系统的需求，采用外壳为散热片的铝壳机箱，前面面板有LCD 窗口，以及其他拨码开关等，控制面板镶嵌在前面板中。
后面板有电源（24VDC）输入，usb输入口、CAN总线通讯口、键鼠接口、CRT接口（调试需求）和网络接口（考虑升级需求）、手摇脉冲接口等。
下位机系统是由母板、1块CPU板（PC104+2路CAN总线）、2块位控卡、3块IO卡构成。
CPU板、位控卡、IO卡用双排96针欧式插座（针）成直角插接在母板(孔)上。
本系统设计的输入点为216个，输出点为144个，满足系统I/O要求。
3．2 CAN通信链路设计CAN数据帧的标准格式如下：其中，我们只需要设置仲裁段、控制段和数据段。
仲裁段用来设置不同类型帧的优先级；控制段由6个位构成，用来显示数据段使用的字节数；数据段可包含0～8个字节的数据。
CAN通过“无损的逐位仲裁”方法来使有最高优先权的报文优先发送。
在CAN总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个29位数字的ID。
CAN总线状态取决于二进制0而不是1，所以ID号越小，则报文拥有越高的优先权。
本通信系统共设置8个优先级，CNC系统与主轴之间交换的数据设置为最高优先级，即将其数据帧的仲裁段设置为全0。
CNC系统与七个伺服轴之间交换的数据的优先级被分别依次设置为优先级1～7。
本通信系统所传送的每一帧数据段只用了8字节其中的3字节，后5字节保留未用，其中，第一字节表示当前数据帧的类型，接下来的2个字节是本数据帧需要传输的数据。
具体设置如下：（1）CNC系统要向伺服驱动器发送的信息主要包括控制信号和位置/速度增量。
当数据类型为0x01时，对应的数据内容为对伺服驱动器的控制信号。
该信号在下述3种情况下发送：开机（或重启动）初始化完成时；当CNC系统要改变对伺服驱动器的控制时；发生报警时。
当数据类型为0x02时，对应的数据内容为实时控制伺服运动的位置/速度增量值，2字节16位带符号数表示范围是±32767个增量单位。
本数据帧CNC系统每个控制周期向伺服驱动器发送一次。
（2）伺服驱动器需要向CNC系统发送的数据信息主要包括状态信号和实际（编码器）的位置/速度增量以及其他伺服数据。
当数据类型为0x01时，对应的数据内容为伺服状态信号。
该信号在以下几种情况下发送：当CNC系统请求获得伺服状态信号而此时又没有位置回复帧时；当伺服驱动器出现报警时；在CNC位置广播后的位置回复帧中。
当数据类型为0x02时，对应的数据内容为伺服驱动器反馈的实际位置/速度增量值，2字节16位带符号数表示范围是±32767个增量单位。
本数据帧CNC系统每个控制周期向伺服驱动器发送一次。
4. 基于CAN总线的数控系统的控制性能通常，数控系统所工作的工业现场环境比较复杂，所以在实际应用中对CAN总线数据传输可靠性的要求比较高。
在CAN总线的实际应用中，时钟同步机制在提高系统可靠性方面发挥着十分重要的作用。
表1总结了两种比较常用的有效的CAN总线时钟同步方法的主要特点。
如下，表1 两种CAN时钟同步方法的比较通过比较这两种同步方法的各项性能指标，本文采用的同步方法为OCS-CAN （orthogonal clock subsystem for CAN）。
特别的，该时钟同步方法在容错性方面有许多优点，容错性的提高将大大提高系统数据传输的可靠性。
该方法在容错性方面主要基于以下三点：首先，限制各节点的错误语义转化为突发错误语义。
这点是可以做到的，例如，采用[3]中提到的重复比较方法。
第二，采用主站冗余机制。
OCS-CAN定义了大量的备用主站，可以随时替换出错的主站。
第三，进行模块检测[4]来正式核实容错机制的正确性。
该正式核实考虑到大量的错误模型，包括可能出现的信息矛盾。
试验证明，该方法不仅可以提高系统数据传输的精度和可靠性，而且可以将成本控制在一个合理的水平，是一种经济有效的CAN时钟同步方法。
5．结论：基于CAN总线的数控机床网络解决了局域网型数控机床的缺点，结构简单、实时性好、可靠性高、通信距离长、连接设备多。
本文的设计结果表明，对一个控制量多、实时性要求严格的数字控制系统，基于CAN总线的通信完全能够满足要求。
本文作者创新点：利用CAN总线构成了一个全闭环的开放式数控系统，并且本数控系统的最大控制能力为能够控制七个伺服轴和一个主轴。
参考文献：[1] 孙健. 基于CAN总线的数控系统测控模块设计[J]. 微计算机信息, 2008,(01)[2] 蔡月明, 刘浩. 基于CAN总线的工业控制系统[J]. 中国仪器仪表, 2001,(05)[3] J. Proenza, J. Pons, and J. Miro-Julia, “A low-cost fail-safe circuit for fault-tolerant controlsystems,” in Proc. IEEE Int. Conf. Electronics, Circuits and Systems (ICECS), 1999.[4] E. M. Clarke, O. Grumberg, and D. A. Peled, Model Checking. Cambridge,MA: MIT Press,2001.[5] Guillermo Rodriguez-Navas, Sebastià Roca, and Julián Proenza, Orthogonal, Fault-Tolerant,and High-Precision Clock Synchronization for the Controller Area Network. IEEETRANSACTIONS ON INDUSTRIAL INFORMATICS,2008.作者简介：赵小凤（1982-），女，汉族，内蒙古呼和浩特人，兰州大学硕士研究生，研究方向为现场总线在工业控制中的应用。