新型國家自動站現(xiàn)場總線CAN的研究及維護(hù)方法

黃劍釗

（廣西氣象技術(shù)裝備中心，廣西南寧　530022）

新型國家自動站現(xiàn)場總線CAN的研究及維護(hù)方法

黃劍釗

（廣西氣象技術(shù)裝備中心，廣西南寧530022）

介紹新型國家自動站CAN總線的幾種故障情況及維護(hù)方法。

CAN總線；維護(hù)；新型國家自動站；DZZ5

1　引言

隨著我國氣象現(xiàn)代化建設(shè)的加快，各種智能傳感器的開發(fā)與使用得到了大范圍的推廣，為了滿足觀測要素多樣化的需求，精簡主采集器硬件開銷以及達(dá)到靈活布設(shè)觀測要素，新型國家自動氣象站采用分布式結(jié)構(gòu)，各種分采集器被應(yīng)用于采集系統(tǒng)中，而分采集器與主采集器間的通信成為了不可或缺的環(huán)節(jié)。目前，新型國家自動氣象站普遍使用的分采通信技術(shù)為現(xiàn)場總線CAN，這種通信方式具有通信距離長，抗干擾能力強，可連接通信單元多等突出特點，是一種十分適合應(yīng)用于現(xiàn)代氣象觀測業(yè)務(wù)的總線技術(shù)。

2　CAN總線簡介

控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）是由德國研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11519），是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。

在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議，專門為大型貨車和重工機械車輛設(shè)計的J1939協(xié)議。近年來，其具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，在環(huán)境惡劣、電磁輻射強和震動大的工業(yè)環(huán)境優(yōu)勢十分明顯，CAN總線技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。

3　CAN總線通信原理

CAN通信是以報文形式來進(jìn)行通信。為了更好的理解CAN總線，首先研究其物理層的原理及結(jié)構(gòu)。

與IIC、SPI等具有時鐘信號的通信方式不同，CAN通信并不是以時鐘信號來進(jìn)行同步的。它只具有CAN_High和CAN_Low兩條信號線，共同構(gòu)成一組差分信號線，所以CAN是以差分信號的形式進(jìn)行通信的（圖1）

該CAN回路是典型的高速短距離閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)，它的總線根據(jù)通信速率而擁有不同的長度，如果速度為1Mbit/s時，總線長度為40m，相應(yīng)的降低總線速度，可以增加總線的長度。

圖1　CAN通信網(wǎng)絡(luò)圖

從網(wǎng)絡(luò)圖可以了解到，CAN通信網(wǎng)絡(luò)的通信節(jié)點由一個CAN控制器、一個CAN收發(fā)器組成。CAN總線上的兩條通信線路是通過差分信號來進(jìn)行傳輸?shù)?，即信號邏?與邏輯1由兩條差分信號線的電壓差來表示。根據(jù)ISO11898規(guī)定，CAN協(xié)議中處于邏輯1（隱性電平）時，CAN_High和CAN_Low線上電壓差為0V。而在邏輯0（顯性電平）時，CAN_High和CAN_low的電壓差為2V。通過這個差分的2進(jìn)制區(qū)分規(guī)則，就可以進(jìn)行通信，而且差分信號可以有效的抵抗外來的電磁干擾。在CAN總線兩頭，都存在一個終端電阻，一般為120Ω（歐姆）的電阻，用來構(gòu)成完整的CAN總線。

4　DZZ5 型國家自動站的CAN總線布局

接入主采集器HY3000的分采集器都是采用CAN總線的方式掛接在采集系統(tǒng)中（圖2），由分采的個數(shù)不同，終端電阻的位置有所差異。其中溫濕度分采的終端電阻直接焊接在電路板上，其他分采的終端電阻位置在CAN端子的右側(cè)保留有的跳線帽處。當(dāng)多個帶跳線帽的分采接入總線時，按照連接的邏輯先后順序，在最后的分采上連接跳線帽即可。

圖2　CAN總線布局圖

分采接入主采集器CAN口的物理接入邏輯為：所有分采的CAN_H口的線纜接入到主采集器的CAN_H口，同理，所有分采的CAN_L口的線纜統(tǒng)一接入到主采集器的CAN_L口，當(dāng)邏輯正確，則CAN總線正常工作，所有采集器均可以與主采集器進(jìn)行通訊，并保持正常工作而互相不干擾。

5　CAN總線常見問題及解決辦法

5.1接入分采后所有分采都無法通信

該問題出現(xiàn)的原因是在分采中某一分采的物理鏈路與主采集器沖突（同時也與其他分采沖突）導(dǎo)致的CAN總線的鏈路錯誤，該錯誤為連接線路導(dǎo)致的錯誤，解決方法為檢查CAN總線的線路邏輯。由于設(shè)備的接線為工廠批量制作，接線的邏輯錯誤時有發(fā)生，可以肯定的是電路板上的引腳必定不會出錯，所以，在判斷邏輯的時候，以電路板上的引腳為基本的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

5.2分采數(shù)據(jù)不連續(xù)

此時，分采可以正常連通到主采集器，說明分采之間并沒有邏輯上的沖突，即調(diào)試鏈路的邏輯關(guān)系是正確的。此時，我們的關(guān)鍵在于檢查其中的連接件的通斷以及牢固程度，例如防雷板，航空插頭及其底座。如斷電后，使用萬用表通斷檔位測試防雷板的23、24端，如果兩個端子任何一個與電源地（GND）處于導(dǎo)通狀態(tài)，則為防雷板損壞。如檢測防雷板為正常，則可拆解航空插頭，直接將導(dǎo)線連接到防雷板23、24接口，如果通信恢復(fù)，則為航空接頭與底座發(fā)生故障，更換后即可解決總線故障。

5.3鏈路正常而分采無數(shù)據(jù)

檢查分采是否已損壞，檢測方法需使用到RS232接口。溫濕度分采檢測，使用筆記本自帶的串口或是USB轉(zhuǎn)RS232串口線可以進(jìn)行通信，因為調(diào)試為端子狀態(tài)，所以還需要一根截斷的RS232母頭線纜，將RS232串口的第5號、第2號、第3號信號線分別從左到右接入溫濕度分采的調(diào)試端口，如圖所示：

端口上標(biāo)號為端子的定義，而接入的串口線應(yīng)與定義的R（收）、T（發(fā)）信號線交叉方可正常通信。

按照規(guī)定的接入方式接入后，打開筆記本的串口調(diào)試助手軟件，通信參數(shù)為波特率9600，數(shù)據(jù)位8，停止位1，校驗位N，并勾選發(fā)送新行的選項。發(fā)送命令“GETSECDATA！”，則可以獲取采集器的實時數(shù)據(jù)，格式如下：

因為溫濕度分采每次重啟時鐘都會回0，所以前兩位不在考慮范圍內(nèi)，第三位開始為（溫度X100），（濕度），（供電電壓），（分采主板芯片溫度）。如回復(fù)的信息中有缺失，則該分采工作不正常。

地溫分采單獨調(diào)試時，只需要將調(diào)試線接入面板上的RS232調(diào)試端口，與溫濕度分采相同的通信參數(shù)，命令輸入“GETMINDATA！”，即可得到溫濕度分采的反饋，格式與溫濕度分采的格式大致相同，不再詳述。

5.4鏈路連接和分采工作正常而數(shù)據(jù)無法回傳

該現(xiàn)象較為特殊，一般伴隨的表現(xiàn)也很特殊，引起的原因一般為鏈路可靠性不足，導(dǎo)致CAN總線繁忙而導(dǎo)致分采掉線無法自行恢復(fù)。

發(fā)生該現(xiàn)象時，當(dāng)檢查鏈路和分采運行情況后還是無法解決問題，此時在業(yè)務(wù)軟件的串口或現(xiàn)場用RS232直接調(diào)試主采集器，發(fā)送命令：

“STATSENSOR T0”——檢測溫濕度分采是否連接上主采集器；回復(fù)0則正常，否則不正常。

“STATEATH”——檢查地溫分采是否連接上主采集器；回復(fù)第一位為0，則為正常，回復(fù)第一位為9則為檢測不到地溫分采。

當(dāng)然，不排除是主采集器的CAN口故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法回傳，此時可以發(fā)送：

“STATMAIN”——檢測主采集器的狀態(tài)，返回值為：

第14位，上面為576之前的一位為主采集器CAN口狀態(tài)的標(biāo)識符，“0”表示正常工作；“2”表示有故障，不能工作；“9”表示沒有檢查，不能判斷當(dāng)前工作狀態(tài)。

如以上的狀態(tài)都為正常，則需確認(rèn)分采集器是否被主采集器屏蔽，命令為“DAUSET”——查看分采集器的配置，如沒配置則需配置。

檢測為主采集器有問題則更換主采集器，之后重啟系統(tǒng)，即可恢復(fù)系統(tǒng)。

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Maintenance of the fieldbus CAN of new automatic meteorological station

Huang Jianzhao
（Guangxi Meteorological Equipment Center，Nanning，Guangxi，530022）

Some faults and Maintenance of CAN-Bus were introduced.

CAN-BUS；maintenance；new automatic meteorological station；DZZ5

P49

A

1673-8411（2016）02-0085-03

2015-10-15

黃劍釗（1990-），男，廣西東蘭，助理工程師，工學(xué)學(xué)士，從事自動氣象站保障工作。