1 导言
工程设备的数字化、信息化及施工办理一体化是当时工程设备的开展热潮，自20世纪90年代始，发达国家的制造业就现已开端进行相关技能的探究，高新技能很多运用于先进的工程设备规划中。一起,以微计算机为代表的智能操控器被很多选用，智能节点间的信息流量空前添加。将车载电子设备依照必定的协议联网，并加以有用地信息归纳，使之到达资源和功用的同享已成为开展趋势。
现场总线技能是指把单个涣散的丈量操控设备变成网络节点，以现场总线为枢纽，把它们衔接成能够彼此交流消息、共同完结自控使命的网络体系与操控体系。CAN(Controller Area Network)总线,又称操控域局域网，归于总线式串行通讯网络，最早由BOSCH公司在80年代提出，因为牢靠性高、实时性强、灵敏便利，便于检测维护，因而被广泛运用。在工程设备范畴，美国CAT公司出产的CAT980G装载机，日本小松的WA380-3和WA500-3，日本川崎的KLD80ZⅢ等均选用CAN总线技能，进步设备的全体操控技能水平。
依据CAN总线的技能特征，本文规划了一种依据CAN总线的工程设备操控体系，经过分布式智能操控来进步工程设备的操控技能和信息化水平。
2 体系组成与功用特征
2.1 体系组成
传统的工程配备操控体系选用集中式操控，除主操控器外一般都不具有可智能化的条件。依据CAN总线的操控体系选用分布式智能总线操控，将各功用模块做成智能终端，再经过CAN总线衔接，并辅之以必定的通讯协议，这样不只进步了整个体系的牢靠性及智能化水平，一起降低了体系的杂乱程度。
体系由主操控器、操作盒、传感器、履行组织和虚拟外表等组成，各部件选用CAN总线互联。主操控器担任体系的信息和谐与处理;作业终端是作业手对作业进程进行干涉的首要手法;传感器担任感知体系的状况;履行器担任完结经主操控器处理后的动作;虚拟外表供给了一种可视化的人机界面，用文字或图形的办法奉告作业手器件当时的状况;调试确诊仪担任定位体系毛病源。各模块都是自成一体的智能终端，各模块能够有多个，只需给它们分配不同的标识符(ID号)即可，各模块经过4芯屏蔽电缆并联起来，4芯电缆中2根(电源正和电源负)用于给终端供电，别的2根(CANH和CANL)用于终端间通讯。本体系组成如图1所示。
图1 依据CAN总线的智能操控体系组成
2.2 体系功用特征
与传统的集中式操控体系比较，本操控体系具有如下功用特征：
(1) 防误操作功用。规划人员能够很容易地经过软件编程屏蔽掉本体系中或许呈现的误操作，而只敞开答应的操作，一起还可依据需求宣布声光报警，奉告作业手有操作过错;
(2) 作业导游功用。操作盒的智能化和体系数据的同享使得规划人员能够依据作业进程，经过软件编程点亮相应的指示灯，奉告作业手答应的操作。完结器件操作的“傻瓜”化;
(3) 体系自我确诊自我康复。智能化终端能够便利地对自身的状况进行确诊，并向总线发送相关信息供其它智能节点处理用，使器件运用者不必把握太多的专业知识就能够容易地判别问题所在;一起关于总线内部过错，总线体系能够经过自身软件进行主动康复
(4) 状况指示。经过虚拟外表或操作盒指示灯指示器显现体系当时状况。
(5) 数据同享，信息全面，牢靠性高。体系的一切数据都可在CAN总线上接纳到，能够很容易地完结信息同享，削减了数据的重复处理，降低了对主操控器的要求;一起CAN总线具有线间搅扰小、抗搅扰才能强的特征。体系选用模块化办理，各模块按其功用涣散安置，简化了布线并缩短了线束的长度，然后降低了耦合电流的发生，减小了线间搅扰。一起在软件上，CAN总线选用短帧传输，这样使总线数据报文在传输进程中有较强的抗搅扰才能;
(6) 扩充性强，产品升级快，性价比高。
(7) 参数配备灵敏。能够经过CAN总线进行参数配备，如开关量能够依据厂家需求设置其门限及操控极性(正负控)，模拟量可依据厂家供给的传感器功用曲线进行校对，相关方位量也能够便利地进行总线标定，缩短产品调试时刻。
3 总线通讯协议规划
CAN 通讯协议首要描绘设备之间的依据根本CAN通讯的运用程序信息传递办法。CAN 通讯层的界说与敞开体系互连(OSI)参阅模型共同，但只界说了最下面两层：物理层和数据链路层。因为没有规则运用层，因而CAN协议自身并不完好，需求一个运用层协议来界说CAN报文中的标识符(11/29位)、8字节数据的分配与运用。现在国际上运用较多的高层协议有CANopen、J1939和DeviceNet等，可是因为工程设备的操控节点一般不多，完全能够依据自身特征，规划高效的运用层协议。下面给出几个有用的规划办法。
3.1 报文ID的规划
在通讯标识符，即ID号分配时，关于关重信息帧或要求快速呼应的信息帧选用低号ID，如配备操控中需求实时反应信号的各作业组织到位信号;关于传递仅用于监测而不参加实时操控信号的信息帧应选用高ID号，如油温、油压、车姿等状况信息。
别的，在查验滤波器中对查验代码寄存器(ACR)和查验屏蔽寄存器(AMR)正确设置能够屏蔽与该节点不相干的ID号信息，能够进步有用信息的呼应速度。
3.2 报文的循环发送与查询发送
关于参加操控的重要信息帧一般应采纳守时循环发送办法，确保信息的实时改写;而关于软硬件版别查询、参数标定等需求暂时数据服务的则首要选用C/S(客户机/服务器)办法进行信息帧发送，即进行特定的信息帧界说，当服务器收到客户机的参数查询或标定恳求后再处理并发送相应的回馈信息帧。
3.3 “心跳”检测
当数据源节点退出总线后(毛病或人为退出)，接纳节点相应的接纳数据缓冲区的数据有必要进行复位，避免数据不共同形成非希望事情发生。因而，一般要求源节点守时发送“心跳”信息，即规划一特定的信息帧或把特定信息帧中的某一位规划成代表该节点的“心跳”，节点发动作业后每隔必守时刻发送“心跳”信息帧或界说的“心跳位”凹凸电平改变一次，这样如果在必定的时刻内没有收到该节点“心跳”信息，则能够判别节点不在总线上，从而做出相应的事情处理。
图2 数据标定流程图
3.4 传输过错查验
为了进步数据通讯的牢靠性，关于要害数据帧(如标定数据帧)，选用和校验的办法避免数据传输过错，即数据源节点将最终一个数据字节界说为校验字节，选用累加和等校验等办法，将运算效果的低8位(即低位字节)作为校验数据值。数据接纳节点收到数据帧后，经过运算进行比较，效果无误后再进行相应的赋值处理。
3.5 数据查询与参数标定
数据查询和标定选用重复发送操控信息直到得到特定反应信息才完毕的通讯办法，流程如图2所示。
4 CAN总线作业终端规划
将作业终端规划成一个智能节点，选用CAN总线通讯，则能够削减衔接线缆芯数的数量，进步作业牢靠性;一起数据传输内容丰富，能够传递状况信息，也能够传送报文信息，进步信息化程度;并可添加通讯间隔，进步作业的适应性。
(1)硬件规划
依据带CAN总线操控器的单片机P%&&&&&%18F458体系规划，经过CAN总线收发器MCP2551与其它节点总线相连，外围有开关量输入电路、模拟量输入电路、数码管显现电路、开关量输出电路、CAN收发器和电源电路等，见图3。
图3 CAN总线作业终端硬件原理框图
5 主操控器规划
主操控器为首要的操作信号收集的履行单元，它将体系的操作信号进行防误操作处理后操控作业组织的履行元件。
主操控器选用EPEC 系列高牢靠性可编程操控器(PLC)规划，该系列操控器在国内外工程机械中运用较广泛，具有两个CAN通讯口，自身即可兼做多协议的网关。该型操控器具有以下长处：抗电磁搅扰、抗振荡、耐油、适应环境才能强、结构紧凑、密封性好、具有自我维护才能的特征，能够长时刻在野外恶劣环境条件下作业，能够直接驱动多种履行器，如电液比例阀、伺服马达等，特别适用于移动设备的运用。当然，就CAN体系作业集成视点来看，STW，INTER CONTROL等操控器的功用也较好，各有其特征，能够依据操控需求进行挑选。
6 虚拟外表规划
虚拟外表首要用于终端显现，以供给各种作业信息。选用PC104主板作为嵌入式计算机体系的硬件，硬件配备表如表1所示，软件选用实时性好的VxWorks操作体系，使用VxWorks BSP包完结移植。
表1 虚拟外表硬件配备表
虚拟外表能够完结作业状况显现、传感器数据标定、视频显现等，供给了杰出的人机交互界面，并能够经过RS232接口接入导航定位信息，进步配备的信息化程度。
7 CAN总线调试确诊仪规划
调试确诊仪依据BIT技能，选用嵌入式体系架构，硬件以ARM操控器为中心。ARM系列处理器选用32位嵌入式RISC结构，内部集成多级流水线以进步处理器指令的履行速度，其强壮功用与外围电路的合作，将信号收集、处理、毛病确诊及网络通讯等功用集于一体，特别合适作为智能仪器设备的开发渠道。HMS30C7202是依据ARM720T的32位处理器，包含了PC机的一切根本功用。具有高功用低功耗的特征，片内资源十分丰富，具有极高的集成度，十分适用于嵌入式体系运用。调试确诊设备硬件由依据ARM芯片HMS30C7202的中心模块加外围电路组成，见图4。为了充分发挥ARM芯片的功率，进步使命级的呼应时刻，选用实时内核µC/OS-II来进行资源办理。µC/OS-II是一个完好、可移植的抢占式实时多使命操作体系，具有履行功率高、占用空间小、实时功用优秀和可扩展性强的特征。用户界面依据MiniGUI渠道进行开发，极大地进步了人机交互功用。
图4 调试确诊仪硬件架构
8 结语
智能化、信息化是工程机械配备的开展方向，将先进的现场总线技能运用其间必将使配备智能化、信息化更易完结。文规划的依据CAN总线的工程设备操控体系具有功用完善、通用性好、运用便利等特征，而且技能架构先进，契合工程设备操控体系向分布式智能操控的整体开展方向。经过多项军用与民用设备的运用实践标明，体系作业牢靠，实时性好，功用拓宽便利，修理性和测验性好，具有杰出的推广运用远景。
本文立异点是将CAN总线技能运用于工程设备操控体系，使其智能信息化程度高、通用性、修理性和测验性好，以进步工程设备的归纳功用。经过相关设备操控体系的配套，效果运用已发生经济效益近20万元。
