自二十世紀八十年代德國Bosch公司成功開發(fā)出控制器局域網(CAN)總線以來，它已被證明可以很好地適應技術與市場變化的需求。目前，除了在汽車應用中持續(xù)占據(jù)主導地位之外，它還被成功應用于包括工業(yè)機動控制、鐵路引擎控制單元、船用電子設備、醫(yī)用設備、復雜傳感器以及煤礦系統(tǒng)等在內的諸多領域。

CAN通信協(xié)議主要描述設備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開放系統(tǒng)互連模型(OSI)一致，每一層與另一設備上相同的那一層通信，實際的通信發(fā)生在每一設備上相鄰的兩層，而設備只通過物理層的物理介質互連。CAN通信協(xié)議定義了OSI模型的最低兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。應用層協(xié)議可以由CAN用戶定義成適合特殊工業(yè)領域的任何方案，如已被批準為電力產品國家標準的DeviceNet協(xié)議以及廣泛應用于歐洲的CANopen協(xié)議等。

極高的可靠性是CAN最值得推薦的特征，這使得它成為對可靠性與安全性要求極為苛刻的工業(yè)應用的理想選擇。利用CAN總線進行工業(yè)系統(tǒng)構建的優(yōu)勢主要集中在如下方面：極高的可靠性、極強的容錯性、低廉的系統(tǒng)成本以及較遠的傳輸距離等。

北京華大恒泰科技有限責任公司研發(fā)的HT6200系列CAN總線通信模塊產品可以為工業(yè)現(xiàn)場提供完整的CAN總線系統(tǒng)構建解決方案。該系列總線通信模塊已被成功應用于多個工控系統(tǒng)中，實踐證明采用HT6200系列CAN總線通信模塊構建的現(xiàn)場總線系統(tǒng)性能穩(wěn)定，工作狀況良好。

HT6200系列CAN總線通信模塊

目前，HT6200系列產品包括如下模塊：

1. HT6220 CAN總線與USB總線透明轉換器

2. HT6230 CAN總線與以太網轉換器

3. HT6210 CAN總線與RS232總線透明轉換器

4. HT6240 CAN集線器

HT6220是完全兼容USB2.0協(xié)議標準(全速模式)和CAN2.0B/A協(xié)議標準的總線轉換器模塊；它具有一路USB總線接口和一路電氣隔離的CAN接口,可實現(xiàn)數(shù)據(jù)在USB總線和CAN總線之間的完全透明傳輸；在CAN通信網絡中，與HT6220相連的PC或嵌入式設備可作為一個標準的CAN節(jié)點。HT6220具有體積小巧、即插即用的特點，方便了在便攜場合下的應用。它支持Windows98/ME/2000/XP、linux、 apple和OS2等多種操作系統(tǒng)；USB端驅動采用串口映射技術實現(xiàn)，在一次性安裝完驅動程序之后即完成串口映射，應用程序不僅可以調用與模塊配套的函數(shù)庫來操作該模塊，還可調用與它兼容的操作系統(tǒng)所提供的任何串口API、DLL文件和第三方控件等來實現(xiàn)對HT6220的操作。

HT6230 CAN總線與以太網轉換器符合TCP/IP協(xié)議和CAN2.0B/A協(xié)議標準；具有一路10/100Mbps以太網接口和一路電氣隔離的CAN接口。它有兩種工作方式-串口映射工作方式和Socket工作方式：如采用串口映射工作方式，在安裝模塊的驅動程序之后，HT6230即可將模塊映射為PC的一個標準串口，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)在以太網和CAN總線之間的完全透明傳輸；若采用Socket工作方式，則PC可利用TCP/IP Socket與模塊進行數(shù)據(jù)交換，此功能可將任何具備TCP/IP連接能力的設備接入CAN總線系統(tǒng),其支持的協(xié)議包括IP、UDP、TCP等。

HT6210是兼容CAN2.0B/A協(xié)議標準的總線轉換器模塊，其具有一路RS232串行總線接口和一路電氣隔離的CAN接口；可實現(xiàn)數(shù)據(jù)在RS232總線和CAN總線之間的完全透明傳輸；和HT6220類似，在CAN通信網絡中，HT6210可將任何一個具有RS232接口的設備變成標準的CAN通信節(jié)點。

HT6240 CAN集線器同樣兼容CAN2.0B/A協(xié)議標準，它具有3個完全電氣隔離的CAN總線接口。該集線器主要是為了克服CAN系統(tǒng)節(jié)點數(shù)的限制及CAN系統(tǒng)總線長度的限制而設計，它也可用于在CAN系統(tǒng)中獨立子網絡的建立及系統(tǒng)網絡拓撲結構的改變。此外，它還能夠過濾不需要的CAN消息，降低子網絡的負荷。

下面以HT6220總線通信模塊為例，簡要分析模塊的實現(xiàn)原理。圖1是HT6220的內部結構框圖。該模塊的核心處理器采用32位CPU 來實現(xiàn)，可保證利用該模塊所構建的系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)流量下仍不會有數(shù)據(jù)幀的丟失；模塊的電源部分采用USB供電；CPU的內部看門狗和外部硬件看門狗配合使用，極大地提升了該模塊的抗干擾能力；USB控制器內置了豐富的輸入輸出緩沖區(qū)，很好地協(xié)調了32位CPU與USB通信的速度差；CAN通信接口采用光電隔離技術，大大提高了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性；浪涌保護的引入，使系統(tǒng)能滿足抗雷擊及防ESD的需要。

利用CAN總線通信模塊構建典型系統(tǒng)

下面以采用HT6200系列CAN總線通信模塊構建的數(shù)字礦山系統(tǒng)為例，給出利用CAN總線通信模塊構建工控系統(tǒng)的典型方法。

由于煤礦行業(yè)生產過程復雜、信息源多、分布性強，因此需要對整個礦山的自然信息、設備和人員信息實時地進行準確統(tǒng)計和綜合處理，數(shù)字礦山系統(tǒng)就是對整個礦山進行統(tǒng)一信息采集和管理的工控系統(tǒng)。圖2是利用HT6200系列CAN總線通信模塊構建的數(shù)字礦山系統(tǒng)的框圖。


圖2：數(shù)字礦山的系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)由礦山主干網和子礦區(qū)網共同組成。由于礦山的面積比較大，在不加中繼器的情況下，CAN網絡的總線長度是有限的，所以將整個礦山分成四個子礦區(qū)網，而在系統(tǒng)的中央控制中心鋪設主干網。子礦區(qū)網和主干網之間的通信采用HT6240來實現(xiàn)，采用這種結構以后，在子礦區(qū)網一側，由于HT6240的數(shù)據(jù)過濾功能，濾除了系統(tǒng)中與該子網無關的信息，可以使其能夠采用較低的通信波特率(5Kbps)而系統(tǒng)信道不會出現(xiàn)堵塞，藉此可以將CAN總線延伸到更遠的巷道。在礦山主干網一側，可使其最長總線距離縮減為各個集線器之間的最遠距離(而不是整個CAN網絡中最遠兩個節(jié)點的距離)，極大地縮短總線的距離，從而使礦山主干網可以采用更快的通信速率(250Kbps)，提升了系統(tǒng)的整體速度。

礦山主干網用于連接系統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)(MIS)主機、地理信息系統(tǒng)(GIS)主機以及各子礦區(qū)網的CAN集線器。由于通信距離較近，數(shù)據(jù)流量較大，所以主干網采用高傳輸速率。其中，MIS主機和GIS主機均采用雙機冗余的工控機來實現(xiàn)，工控機通過HT6220和HT6230接入CAN網絡，管理軟件通過串口映射技術與CAN網絡進行數(shù)據(jù)交換，礦區(qū)的其他授權用戶可通過以太網訪問整個數(shù)字礦山系統(tǒng)。

子礦區(qū)網主要用于巷道內各種參數(shù)的采集及對礦下設備進行控制。需采集的參數(shù)包括：巷道中的溫、濕度信號、瓦斯?jié)舛刃盘柕?，另外，系統(tǒng)中還加入了采用RFID(射頻識別)技術的人員和設備位置采集器，系統(tǒng)給出的控制信號包括聲光報警信號和進行設備控制的I/O輸出控制信號等。上述功能均采用安裝在現(xiàn)場的儀器儀表和HT6210共同構成的CAN子系統(tǒng)來實現(xiàn)。采集到的所有信息均通過CAN集線器最終發(fā)送給MIS主機或GIS主機，所有的控制信號也都由MIS主機或GIS主機發(fā)出。

本文小結

現(xiàn)場總線以其獨有的技術優(yōu)勢和特點，在現(xiàn)代工業(yè)控制技術領域中得到了愈來愈廣泛的應用。但在目前已經投入使用的工業(yè)控制系統(tǒng)中，各儀器設備或裝置之間進行通信所使用的大部分仍是傳統(tǒng)的RS232或RS485(RS422)。工業(yè)企業(yè)在不斷投入新型現(xiàn)場總線系統(tǒng)的同時，要在短期內淘汰那些舊系統(tǒng)是不現(xiàn)實的，況且在許多應用系統(tǒng)中，新老系統(tǒng)的功能是相似或兼容的。所以在一定時期內，新老總線系統(tǒng)同時并存是客觀現(xiàn)實的需要。采用HT6200系列 CAN總線通信模塊對傳統(tǒng)的通信接口進行數(shù)據(jù)的透明轉換，使整個系統(tǒng)成為CAN總線系統(tǒng)，則能在較短的時間，花費較少的投資獲得高可靠的工控系統(tǒng)。