CAN總線在艦艇通信控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

張海紅，郭娟娟

（1.91033部隊(duì)，青島 266003；2.91550部隊(duì)，大連 116023）

1 CAN總線介紹

所謂CAN指的是控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于當(dāng)今設(shè)備級(jí)的通信系統(tǒng)中。CAN總線的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。CAN總線最初應(yīng)用于汽車的電氣控制系統(tǒng)中，達(dá)到對(duì)汽車電磁控制系統(tǒng)的分布式控制和實(shí)時(shí)控制。正因?yàn)镃AN總線具有如下特點(diǎn)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于復(fù)雜通信系統(tǒng)的控制中。

（1）基于CAN總線，系統(tǒng)可以在任何時(shí)刻向通信系統(tǒng)中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，其具有相對(duì)靈活的信息傳輸特性；

（2）基于CAN總線可將網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)上信息進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的劃分，即根據(jù)各節(jié)點(diǎn)信息優(yōu)先級(jí)的不同實(shí)現(xiàn)對(duì)不同系統(tǒng)的控制；

（3）由于CAN總線內(nèi)部引入了仲裁技術(shù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)節(jié)點(diǎn)信息的優(yōu)先級(jí)確定信息發(fā)送的先后次序，從而避免了各節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息時(shí)造成的擁堵現(xiàn)象；

（4）CAN總線可以滿足多種信息傳輸方式的要求，不僅可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，還可以滿足一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的信息傳輸；

（5）CAN總線具有優(yōu)越的信息傳輸距離及傳輸速度，基于CAN總線數(shù)據(jù)最遠(yuǎn)傳輸距離可至十公里，最快傳輸速率可達(dá)1Mbps；

（6）當(dāng)CAN總線的某個(gè)節(jié)點(diǎn)在信息傳輸過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止總線的功能，進(jìn)而切斷了系統(tǒng)總線與傳輸出問(wèn)題節(jié)點(diǎn)之間的通信，從而保證其他節(jié)點(diǎn)的通信不受到干擾。

總之，鑒于CAN總線具有如上所述的優(yōu)勢(shì)，其廣泛應(yīng)用于噪聲高的環(huán)境通信，且其傳輸距離可以滿足一般系統(tǒng)通信的要求。因此，CAN總線適用于小型分布式測(cè)控系統(tǒng)，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制、機(jī)械加工的機(jī)床控制系統(tǒng)中。本文主要研究CAN總線在艦載通信控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 艦載通信控制系統(tǒng)的需求分析

現(xiàn)代艦載通信系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)需滿足以下需求：

（1）通信系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控各通信設(shè)備的工作狀態(tài)，并結(jié)合先進(jìn)控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)各通信設(shè)備的控制；此外，當(dāng)操作人員操作出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)發(fā)出警報(bào)并自動(dòng)停止操作。

（2）為用戶提供一個(gè)良好的人機(jī)交互界面，確保用戶能夠清晰的了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部資源做出合理的分配。

（3）要求系統(tǒng)所選用的網(wǎng)絡(luò)具有良好的擴(kuò)展性和兼容性，并確?；谠摼W(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑿畔⒓皶r(shí)、準(zhǔn)確的發(fā)送出去。

（4）系統(tǒng)可依據(jù)用戶的需求適當(dāng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行刪除或添加，確保當(dāng)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題后也不會(huì)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的正常通信造成影響。

3 CAN總線在通信控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 CAN總線在控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

根據(jù)“2”中所述的艦載通信控制系統(tǒng)的需求分析，本文在結(jié)合CAN總線多主工作方式的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了艦載通信控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型。

CAN總線在艦載通信控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用解決了DCS控制系統(tǒng)的缺陷?；贑AN總線可以確保網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都是“平等”的?；贑AN總線的設(shè)計(jì)理念大大降低了系統(tǒng)在通信過(guò)程中數(shù)據(jù)的傳輸量，有效的提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎蜏?zhǔn)確率，進(jìn)而將系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性和精確性有了質(zhì)的提高。

3.2 CAN總線在控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

艦載通信控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包含了兩方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，其一監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；其二位智能節(jié)點(diǎn)嵌入式的軟件設(shè)計(jì)。監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括有通信模塊的設(shè)計(jì)、設(shè)備參數(shù)修改模塊的設(shè)計(jì)CAN總線監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊的設(shè)計(jì)。結(jié)合CAN總線的特點(diǎn)，本文的監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)只需對(duì)軟件應(yīng)用層和用戶層向?qū)?yīng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。

通信模塊所實(shí)現(xiàn)的主要功能包括有：實(shí)現(xiàn)對(duì)基于CAN通信系統(tǒng)的初始化操作、實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的傳送與接收以及對(duì)錯(cuò)誤操作進(jìn)行監(jiān)控，并將錯(cuò)誤操作實(shí)時(shí)復(fù)位。

設(shè)備參數(shù)修改模塊是基良好的人機(jī)界面平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行添加、刪除以及修改等操作。

CAN總線監(jiān)控模塊包括有對(duì)人機(jī)界面、系統(tǒng)工作狀態(tài)、設(shè)備工作狀態(tài)以及對(duì)用戶狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊即對(duì)系統(tǒng)所采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，并將系統(tǒng)的CAN總線網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的配置信息及其CAN網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理。

艦載通信控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)遵循模塊化設(shè)計(jì)原則?；谀K化設(shè)計(jì)原則下的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方案大大提高了各個(gè)模塊之間的替換性及整個(gè)控制系統(tǒng)軟件的方便維修性。智能節(jié)點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)包含了三大模塊，分別為設(shè)備接口控制模塊、報(bào)文處理模塊以及通信模塊。

設(shè)備接口控制模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能有：實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶接口設(shè)備終端的控制；實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶接口設(shè)備及相應(yīng)信道的工作狀態(tài)信息進(jìn)行采集；將控制系統(tǒng)的控制指令傳送至用戶接口設(shè)備終端。

通信模塊實(shí)現(xiàn)的主要功能有：及時(shí)響應(yīng)監(jiān)控主機(jī)發(fā)出的控制指令，為網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信搭建橋梁。

報(bào)文處理模塊實(shí)現(xiàn)的主要功能：該模塊主要是對(duì)系統(tǒng)所采集到的設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行研究分析，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況得出下一步控制指令。

4 結(jié)束語(yǔ)

CAN現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，鑒于其具有較高的可靠性、較快的傳輸特性等廣泛應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境下的通信控制系統(tǒng)中。本文分析了CAN總線在艦載通信控制系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，充分說(shuō)明了CAN總線的優(yōu)越性及其是確保通信控制系統(tǒng)高可靠性和實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵設(shè)備。