專利名稱：：基于can總線船舶電站控制儀表通信方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及基于CAN總線的智能儀表組網(wǎng)技術，涉及一種基于CAN總線智能控制儀表通信協(xié)議和多地址幀傳送的方法，特別適用于CAN總線船舶電站控制儀表通信
背景技術：
：現(xiàn)場總線(FieldBus)是當前工業(yè)數(shù)據(jù)總線領域中最活躍的一個領域已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領域的一個新熱點。CAN(ControllerAreaNetwork)總線是重要的現(xiàn)場總線之一，它遵從OSI模型主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。CAN總線是一種全數(shù)字化雙向和多主的現(xiàn)場總線以其高性能高可靠性以及靈活的設計受到人們的重視應用越來越廣泛。CAN(ControllerAreaNetwork)總線己被廣泛應用到各個自動化控制系統(tǒng)中，CAN具有以下的主要特點1、多主站依據(jù)優(yōu)先權進行總線訪問。由于CAN是對通訊數(shù)據(jù)塊進行編碼的，所以優(yōu)先權是通過數(shù)據(jù)塊(數(shù)據(jù)幀)中的仲裁場決定的。通常是指數(shù)據(jù)幀的標識符的編碼，編碼的數(shù)據(jù)越小優(yōu)先級越高。2、無破壞性的基于優(yōu)先權的仲裁。在總線競爭過程中優(yōu)先級高的報文得到發(fā)送，優(yōu)先級低的報文在經(jīng)過若干個總線周期后，再次參與總線競爭，報文不會被破壞。3、借助接收濾波的多地址幀傳送，由于CAN控制器中都存在報文濾波寄存器，可實現(xiàn)多地址傳送。4、遠程數(shù)據(jù)請求，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點可以發(fā)送遠程幀進行數(shù)據(jù)請求。5、錯誤檢測和出錯信令，發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可以自動重發(fā)。6、暫時錯誤和永久故障節(jié)點的判別及故障節(jié)點的自動脫離。但CAN-BUS沒有對應用層協(xié)議作具體規(guī)定。需根據(jù)CAN特點進行拓展。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對上述現(xiàn)有CAN-BUS在通訊應用上所存在的不足，而提供一種基于CAN總線智能控制儀表通信協(xié)議，其使用簡潔、格式規(guī)范、信息全面、與濾波器一起可用作廣播或組播地址，且對提高通訊的靈活性非常有用。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，該方法是通過驗收濾波器控制CAN總線，并通過改進的CAN協(xié)議實現(xiàn)船舶電站控制儀表之間的通信；該改進的CAN協(xié)議通過標識符的重新定義來實現(xiàn)。所述CAN協(xié)議為CAN2JB，該協(xié)議下可采用標準幀和擴展幀兩種不同的數(shù)據(jù)幀；標準幀的仲裁場由ll位標識符和RTR位組成，擴展幀的仲裁場由29位標識符、SRR位、IDE位和RTR位組成。所述擴展幀仲裁場中的29位標識符依次定義為功能碼、組號、目的地址碼、源地址碼、數(shù)據(jù)性質和多幀標識。所述功能碼占4位，用于定義網(wǎng)絡中傳送不同報文的優(yōu)先級。所述組號占4位，共有16組，其中有1組用于表示網(wǎng)絡全局廣播，組號有15個組可供使用。所述地址碼共有8位，其中有一節(jié)點表示表示組播。所述目的地址碼和源地址碼都為8位，且都對應智能儀表的唯一地址。所述數(shù)據(jù)性質為4位，其用于定義各種所需數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)大于8個字節(jié)時，該數(shù)據(jù)需分成多幀傳送。所述多幀標識1位，用于標識發(fā)送數(shù)據(jù)為多幀數(shù)據(jù)還是單幀數(shù)據(jù)，便于大于8個字節(jié)數(shù)據(jù)分成多幀傳送。所述驗收濾波器采用雙濾波方式；其在接收數(shù)據(jù)幀時通過標識符和幀接收濾波來確定此數(shù)據(jù)幀是否正確，若多于兩個的節(jié)點同時發(fā)送，發(fā)送權的競爭需要通過上述的標識符的逐位仲裁來解決。所述標識符的逐位仲裁的標準為安排標識符的值小優(yōu)先級高。根據(jù)上述技術方案得到的本發(fā)明基于CAN總線智能控制儀表的通信協(xié)議使用簡潔、格式規(guī)范、信息全面、與濾波器一起可用作廣播或組播地址，這對于提高通訊的靈活性非常有用；同時實用性廣，具有很強的市場價值。以下結合附圖和具體實施方式來進一步說明本發(fā)明。圖1為本發(fā)明中CAN數(shù)據(jù)幀的結構。圖2為本發(fā)明中CAN擴展幀數(shù)據(jù)幀的結構。圖3為本發(fā)明中定義的標識符結構。圖4為本發(fā)明中過濾器的設置結構。具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。船舶電站當工作情況發(fā)生變化時一般引起多個參數(shù)變化，傳輸數(shù)據(jù)按工況多參數(shù)來編碼，使關系較密切的參數(shù)組合在一起，用標識碼表示不同工況參數(shù)，達到參數(shù)組合合理。參數(shù)類型有字節(jié)變量、整型變量、單精度變量、雙精度變量和字符變量，分別占一個字節(jié)、二個字節(jié)、四個字節(jié)、八個字節(jié)和多個字節(jié)，對于單、雙精度變量采用IEEE754標準編程。SJA1000驗收濾波器由4個驗收碼寄存器ACR0、ACR1、ACR2和ACR3和4個驗收屏蔽寄存器AMR0、AMR1、AMR2和AMR3組成。這8個寄存器在SJA1000的復位模式下可由主控制器設置，通過對這些寄存器的設置可對接收信息構成非常靈活的濾波。SJA1000的驗收濾波器的濾波方式為單濾波和雙濾波兩種方式，又因為SJA1000兼容CAN2.0B技術規(guī)范具有標準幀和擴展幀兩種幀格式，每種幀格式都有單濾波和雙濾波功能，故實際上SJAIOOO共有四種濾波方式。由于SJA1000驗收濾波器的使用相當靈活，可依據(jù)實際情況的不同，采用不同的濾波方式，且船舶電站系統(tǒng)中有單機和多機并聯(lián)運行工作情況，CAN總線要支持廣播或組播功能。故本發(fā)明采用SJA1000驗收濾波器作為CAN總線的控制器，來實現(xiàn)智能控制儀表通訊；其雙濾波拿出一個濾波器用作廣播或組播地址，即可實現(xiàn)CAN總線支持廣播或組播功能，這對于提高通訊的靈活性非常有用。如圖1所示CAN數(shù)據(jù)幀結構在CAN2.B中存在兩種不同的幀格式，標準幀和擴展幀。標準幀和擴展幀的仲裁場的格式不同，標準幀格式仲裁場由11位標識符和RTR位組成，擴展幀格式仲裁場由29位標識符、SRR位、IDE位和RTR位組成。CAN控制器(即SJA1000驗收濾波器)的硬件內(nèi)部有組合的報文過濾機制，每個接收器通過標識符和幀接收濾波確定此幀與其是否有關；如果多于兩個的節(jié)點同時發(fā)送，發(fā)送權的競爭需要通過ll位(或29位)標識符的逐位仲裁來解決。標識符的值決定了總線沖突仲裁時節(jié)點優(yōu)先級的高低。在報文標識符上，CAN上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，標識符的值小優(yōu)先級高，可滿足不同的實時要求，如果用二進制表示，則全"0"具有最高的優(yōu)先級，全"l"具有最低的優(yōu)先級。無論幾個報文發(fā)送者什么時候競爭總線使用權，最后總是具有高優(yōu)先級的發(fā)送者將贏得仲裁，其報文將被無延時地發(fā)送出去，因此同一時間發(fā)送的報文必須有不同的優(yōu)先級。基于上述原理，本發(fā)明通過開發(fā)利用仲裁場的標識符，以實現(xiàn)通信的動態(tài)優(yōu)先級功能和組播功能。以下以CAN擴展幀來說明由于在CAN2.0B中存在兩種不同的幀格式，即標準幀和擴展幀。本實施例采用CAN擴展幀來說明，參見圖2CAN擴展幀數(shù)據(jù)幀的結構。本實施例把29位標識符被分為功能碼、組號和目的地址號、源地址號、數(shù)據(jù)性質和多幀標識。如圖3所示其在功能碼中定義了網(wǎng)絡中傳送不同報文的優(yōu)先級?；诂F(xiàn)場總線的設備網(wǎng)既要接送周期性數(shù)據(jù)，如儀表的狀態(tài)等，又要接送非周期性數(shù)據(jù)，如故障報警、組態(tài)數(shù)據(jù)的上傳與下載等。按輕重緩急排序，如表1所示表i功能碼定義<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>修改上限0100調整上限修改下限0101調整下限修改偏差0110調整精度組態(tài)下載1000動態(tài)組網(wǎng)組態(tài)上傳1001尋址修改組號1010調整組號修改地址1011調整地址其它備用目的地址碼和源地址碼都對應智能儀表的唯一地址，表1中組號占有4bits,共有16組，當為"llll"時，可以表示為網(wǎng)絡全局廣播，組號有15個組可供使用。地址碼共有8位，最多有256個節(jié)點，當為"llllllll"時表示組播。8位目的地址碼和源地址碼，充分考慮了CAN節(jié)點數(shù)和方便編程的需要。通過設置過濾器就可以只接受自己要的報文，同時雙過濾器的另一個可以辯識具有組內(nèi)廣播的報文。例如#2發(fā)電機控制屏電壓表在第二組，地址碼為5，雙過濾器的設置如圖4所示，過濾器1使節(jié)點5接收組報文，過濾器2使節(jié)點5只接收自己要的報文。數(shù)據(jù)性質定義各種數(shù)據(jù)，其如表2所示，共定義了9種，根據(jù)需要可以再定義。開關量用無符號數(shù)據(jù)或布爾量表示，測控數(shù)據(jù)可用符號數(shù)或無符號數(shù)表示，系統(tǒng)時間用date時間表示。當數(shù)據(jù)大于8個字節(jié)時，就要分成多幀傳送，當多幀標識符為0時，表示傳送的數(shù)據(jù)為多幀數(shù)據(jù)，為l時表示為單幀數(shù)據(jù)。表2數(shù)據(jù)性質定義數(shù)據(jù)性質編碼字節(jié)備注Boolean00001O為假，l為真Unsigned8000110~255Unsigned16001020~65535Unsigned32001140~232-1Integer801001-128~127Integer1601012-216~216-18<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。權利要求1、基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，其特征在于，該方法是通過驗收濾波器控制CAN總線，并通過改進的CAN協(xié)議實現(xiàn)船舶電站控制儀表之間的通信；該改進的CAN協(xié)議通過標識符的重新定義來實現(xiàn)。2、根據(jù)權利要求1所述的基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，其特征在于，所述CAN協(xié)議為CAN2.B,該協(xié)議下可采用標準幀和擴展幀兩種不同的數(shù)據(jù)幀；標準幀的仲裁場由ll位標識符和RTR位組成，擴展幀的仲裁場由29位標識符、SRR位、IDE位和RTR位組成。3、根據(jù)權利要求2所述的基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，其特征在于，所述擴展幀仲裁場中的29位標識符依次走義為功能碼、組號、目的地址碼、源地址碼、數(shù)據(jù)性質和多幀標識。4、根據(jù)權利要求3所述的基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，其特征在于，所述功能碼占4位，用于定義網(wǎng)絡中傳送不同報文的優(yōu)先級。5、根據(jù)權利要求3所述的基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，其特征在于，所述組號占4位，共有16組，其中有1組用于表示網(wǎng)絡全局廣播，組號有15個組可供使用。6、根據(jù)權利要求3所述的基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，其特征在于，所述地址碼共有8位，其中有一節(jié)點表示表示組播。7、根據(jù)權利要求3所述的基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，其特征在于，所述目的地址碼和源地址碼都為8位，且都對應智能儀表的唯一地址。8、根據(jù)權利要求3所述的基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)性質為4位，其用于定義各種所需數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)大于8個字節(jié)時，該數(shù)據(jù)需分成多幀傳送。9、根據(jù)權利要求3所述的基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，其特征在于，所述多幀標識l位，用于標識發(fā)送數(shù)據(jù)為多幀數(shù)據(jù)還是單幀數(shù)據(jù)，便于大于8個字節(jié)數(shù)據(jù)分成多幀傳送。10、根據(jù)權利要求1所述的基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，其特征在于，所述驗收濾波器采用雙濾波方式；其在接收數(shù)據(jù)幀時通過標識符和幀接收濾波來確定此數(shù)據(jù)幀是否正確，若多于兩個的節(jié)點同時發(fā)送，發(fā)送權的競爭需要通過上述的標識符的逐位仲裁來解決。11、根據(jù)權利要求10所述的基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，其特征在于，所述標識符的逐位仲裁的標準為安排標識符的值小優(yōu)先級高。全文摘要本發(fā)明公開了基于CAN總線船舶電站控制儀表通信方法，該方法是通過驗收濾波器控制CAN總線，并通過改進的CAN協(xié)議實現(xiàn)船舶電站控制儀表之間的通信；該改進的CAN協(xié)議通過標識符的重新定義來實現(xiàn)。根據(jù)上述技術方案得到的本發(fā)明基于CAN總線智能控制儀表的通信協(xié)議使用簡潔、格式規(guī)范、信息全面、與濾波器一起可用作廣播或組播地址，這對于提高通訊的靈活性非常有用；同時實用性廣，具有很強的市場價值。文檔編號H04L12/40GK101662404SQ20081004373公開日2010年3月3日申請日期2008年8月27日優(yōu)先權日2008年8月27日發(fā)明者夏永明申請人:上海海事大學