CAN總線在綜合錄井儀中的應用

一、現場總線

　　綜合錄井儀是一種典型的分散式數據采集系統，目前國內外普遍裝備的這種系統都由現場傳感器、接口與計算機設備組成。由于現場傳感器與接口之間傳輸的是模擬信號，每一個現場傳感器都必須通過一根線纜輸出模擬信號，這樣就有多達20根以上的信號電纜，從而使現場傳感器線纜的架設、維護、檢修在綜合錄井儀進場/撤場的工作量中占有相當大的比重。

　　很久以來，一直有人在努力希望能解決上述問題。國外如Honeywell公司推出了Hart協議傳感器，在4~20mA輸出信號上添加了數字信號。國內也曾經利用一根多芯的總電纜來傳輸20多個模擬信號。目前，由于在傳感器數字化技術及串行數字通訊技術方面的不斷發展，使得上述問題有了妥善的解決方法。這就是現場總線，其含義是能滿足設備層需求造價低廉又能經受住工業現場嚴酷環境的通信系統。

　　對現場總線網絡結構及標準的研究和制定工作始于80年代中期，采用現場總線的最大優點是可以大幅度減少連接線纜，降低維護及安裝費用；由于采用串行數字通訊，現場總線在傳遞多個過程變量的同時，還能傳送必要的診斷信息，這樣就為發展遠程維護提供了可能。

　　現場總線的研究與應用已經成為一個熱點，目前，存在著多個現場總線規范，尚未出現一個統一標準，但這并不妨礙現場總線技術的發展。在越來越多的工業測控系統中得到推廣應用。

　　本文重點介紹現場總線中的一種，-----控制器局域網CAN（CONTROLLER AERA NETWORK）。

　　與傳統的RS232總線相比，CAN總線是一個高速、長距離、經濟、抗干擾性強的網絡系統，特別適合于實時系統，其易用性和低成本使得CAN在各領域得到廣泛應用。CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決汽車中眾多控制與測試儀器間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議。這是一種多主總線，因其具有高度的可靠性和數據完整性，無論是高速網絡還是低成本各節點系統，都大有用武之地。通信速率可達1Mbps。

　　CAN總線的最大特點是廢除了傳統的節點地址編碼，而代之以對數據塊進行編碼。采用這種編碼方式的優點是可以使網絡內的節點數在理論上不受限制。另一優點是可以讓不同的節點同時接收到相同的數據。

　　CAN總線上傳輸的數據長度為8個字節，能滿足傳輸控制命令。工作狀態及傳感器數據的需要。

　　CAN主要特點：

　　多主總線結構。

　　依據優先權進行總線訪問。

　　優先權的仲裁對總線上的數據無破壞。

　　配置靈活，增加節點非常容易。

　　錯誤檢測功能強大，能區分暫時錯誤和永久性錯誤，故障節點能自動關閉。

　　在CAN的開發過程中，philip公司作了有力的支持，該公司提供的CAN總線通信接口器件中集成了CAN協議的物理層和數據聯絡層的功能。

　　由于CAN為越來越多的不同領域采用，也隨著CAN器件供貨商的增多，導致要求各種應用領域通信格式的標準化。Philip semi-cONductar制定并發布了CAN技術規范（VERSION2.0）；國際標準委員會ISO也正式頒布了CAN國際標準ISO-118898。

二、CAN與RS-232

　　CAN是真正意義上總線式網絡，二根信號線CAN-H及CAN-L用來傳送差分電平信號（這類似于RS-485對RS-232的改進）所以在傳輸距離、速率及抗干擾方都要更出色。

　　CAN節點（NODE）指總線上可以編址的設備。上文已指出CAN采用數據塊編碼方式。CAN數據塊的標識碼最多可由29位二進制數組成（CAN2、OB，CAN2.0A為11位）

　　CAN是多主總線系統。通俗地講就是許可每一個節點都可以成為講者。那么當系統內同時有二個以上講者時，如何避免出現信息沖突呢？

　　CAN采用對數據塊編碼逐位仲裁的方法來解決沖突。當總線空閑時，試圖成為講者的器件向總線逐位發送數據塊編碼，同時接收總線上的信息，所收非所發時，該節點試圖成為講者的企圖失敗，應停止發送，轉而監視總線狀態，當總線出現空閑時，再開始發送。

　　CAN總線上的信息為兩種互補邏輯值之一：顯性電平（Daminant）表示邏輯0；而隱性電平（Recessive）表示邏輯1。同時向總線上發送顯性位和隱性位，總線上只能為顯性電平。由此可見當多節點同時發送數據塊編碼時，在某一位上率先出現顯性位的節點，將獲得總線控制權，可以繼續發送數據，直至結束。獲得通訊權后，通常情況下一次可發送8個字節的數據。

　　通過以上介紹，可以看出節點在總線通信中的優先權是由數據塊編碼決定的---編碼越小，優先權越高。

　　設備層總是要與上一層次的計算機相聯系的。CAN總線通過CAN適配卡與采集計算機相聯。CAN適配卡插在PCI總線上，每塊適配卡具有二個CAN口，每個CAN口最多配接64個節點。

　　CAN總線長度與通訊速率相關

位速率 最大總線長度

1Mbps 40m

125Kbps 500m

5Kbps 10km

可根據設備層的需求，綜合考慮。一般情況下選125Kbps，可兼顧距離和速率。

三、CAN總線型防爆傳感器系統與SK-2000F綜合錄井儀

　　神開科技工程公司開發了CAN總線型防爆傳感器系統，并已和SK-2000F綜合錄井儀聯通，通過了現場實地試驗并成功投入商業運行。

主要特點為：

　　符合CAN規范，并提供各種附件如CAN主干電纜，CAN分支電纜及T形接頭等。

　　各型傳感器符合防爆要求。

　　極大地方便了現場的安裝，應用與檢查維護錄井儀器。

　　現在使用的SK系列儀器均可通過改造各種傳感器升級成為CAN總線型。