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3.1.2數(shù)據(jù)通信(總線) 數(shù)據(jù)通訊是把數(shù)據(jù)的處理和傳輸合為-體，實現(xiàn)數(shù)字信息的接收、存儲、處理和傳輸，并對信息流加以控制、校驗和管理的-種通訊形式。 計算機與通訊線路及設備結合起來實現(xiàn)人與計算機、計算機與計算機之間的通訊，不僅使各用戶計算機的利用率大大提高，而且極大地擴展了計算機的應用范圍，并使各用戶實現(xiàn)計算機軟硬件資源與數(shù)據(jù)資源的共享。對計算機的遠距離實時控制和對數(shù)據(jù)的遠距離收集等項工作，也都可以利用數(shù)據(jù)通訊來進行。 用于數(shù)據(jù)通訊的通訊網(wǎng)，稱為數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)。它分為專用數(shù)據(jù)網(wǎng)和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。專用網(wǎng)發(fā)展較早，目前仍普遍使用。在20世紀70年代前，公用數(shù)據(jù)通訊-般使用原有的公共電話網(wǎng)或電報網(wǎng)。70年代以來，隨著數(shù)據(jù)通訊迅速發(fā)展，開始建立公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。而局域網(wǎng)則是-種專用的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)。 公用數(shù)據(jù)網(wǎng)-般采用分組交換和電路交換兩種交換方式。分組交換能提高電路的利用率，更靈活地滿足實時數(shù)據(jù)通訊的要求。分組交換網(wǎng)是-種主要的公用數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)。 在現(xiàn)代信息社會中，政府機關及各個部門要實現(xiàn)高效率的管理，數(shù)據(jù)通訊是-種至關重要的手段。 在通訊發(fā)達的國家，用戶只要攜帶-臺袖珍式電腦，與國際長途直撥電話線相連，就可以與全球任何地方進行數(shù)據(jù)信息的交換。 現(xiàn)場總線是指以工廠內的測量和控制機器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡，也稱現(xiàn)場網(wǎng)絡。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進行特化的網(wǎng)絡。原來這些機器間的主體配線是ON/OFF、接點信號和模擬信號，通過通訊的數(shù)字化，使時間分割、多重化、多點化成為可能，從而實現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化、節(jié)省配線(配線的共享)。 CAN全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之-。最初是德國的Bosch公司為了汽車監(jiān)控和控制系統(tǒng)設計了CAN總線，現(xiàn)在，世界上許多的著名汽車制造廠商都已經(jīng)開始采用CAN總線來實現(xiàn)汽車內部控制系統(tǒng)與各檢鋇l和執(zhí)行機構間的數(shù)據(jù)通信。由于CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，CAN總線被廣泛應用于汽車、火車、輪船、機器人、智能樓宇、機械制造、數(shù)控機床、紡織機械、醫(yī)療器械、消防管理、傳感器、自動化儀表等領域。CAN己經(jīng)形成國際標準，并已經(jīng)被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之-。1993年，150組織頒布了CAN國際標準15011898，為控制器局域網(wǎng)的標準化和廣泛應用打下了基礎。 CAN總線使用的通信介質為雙絞線及其它電纜，傳輸速率可達IMbPs.鑒于其突出的可靠性和獨特的設計以及高速率，傳輸距離較長的特點，特別適合工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控設備的互聯(lián)，根據(jù)不同的需要或以主從方式，或以多主方式工作.概括起來，它具有如下特點： (l)通信方式靈活。CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡上任-節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，且無需站地址等節(jié)點信息，利用這-特性可方便的構成多機備份系統(tǒng)。 (2)CAN的直接通信距離最遠可達10km(速率5KbPs以下)，通信速率最高可達1MbPs(此時通信距離最長為40m)。 (3)CAN的通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 (4)在報文標識符上，CAN上的節(jié)點可分成不同的優(yōu)先級，可以滿足不同的實時要求，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在134ps內得到傳輸。 (5)CAN采用非破壞性總線仲裁技術，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動退出發(fā)送，而高優(yōu)先級的節(jié)點可以不受影響地繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間，尤其是在網(wǎng)絡負載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡癱瘓情況。 (6)CAN只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、-點對多點及全局廣播等幾種方式傳播接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調度”。 (7)CAN上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅動電路，目前可達110個，報文標識符可達2032種(CAN2.0A)，而擴展標準(CAN2.0B)的報文標識符幾乎不受限制。 (8)報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。 (9)CAN的每幀信息都有cRc校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。 (10)CAN總線上的節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，退出網(wǎng)絡通訊，保證總線上其它節(jié)點的操作不受影響。 (11)CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等多項工作。 (12)CAN在發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重發(fā)送，而且可以進行暫時錯誤和永久性故障節(jié)點的判別以及故障節(jié)點的自動脫離。 總線在這里起到傳輸從各個儀表采集的信號，還有比對過反饋的信號，汽車儀表信號有模擬信號還有數(shù)字信號，所有的信號的輸出與輸入都是通過總線來完成傳輸工作的，總線就相當于我們生活中的交通工具，又相當于我們人體的神經(jīng)網(wǎng)絡，都起到傳輸?shù)淖饔谩?br /> 3.1.3板卡介紹 頻率脈沖信號發(fā)生板卡PM-536： 特性 計數(shù)器部分： 使用器件：82C54 計數(shù)通道數(shù)：12路 最大計數(shù)頻率：IOM 內部晶震頻率：6M(用戶可以定制) 開關量部分： 電平方式：TTL 輸入通道數(shù)：16路 輸出通道數(shù)：16路 輸出驅動能力：IOmA 電源功耗：+SV500mA 使用環(huán)境要求： 工作溫度：-40℃-70℃(寬溫)0℃-60℃(普通) 相對濕度：40%-80% 存貯溫度：-45℃-+150℃ 外形尺寸：長*高=91mm*96mm 可編程網(wǎng)絡電阻：可編程標準電阻發(fā)生器電路是為產(chǎn)生可編程標準電阻而設計，電路采用CMOS集成電路控制，電阻按8421編碼方式輸出的精密可編程的電阻網(wǎng)絡，具有數(shù)字化，可編程，電阻可任意組合等特點，是程控電阻的-種實用方法。 CAN通訊板卡PCI841： 支持windows98/2000漢P驅動程序和工具直接存儲映射，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)訪問狀態(tài)收發(fā)有指示燈顯示，方便調試每個端口可自由選擇中斷，中斷號：3，4，5，6，7，9，10，11，等1000VDC的光電隔離保護，極大提高可靠性地址可從C800到EFOO調整，共占用4KB的地址空間支持兩個互相獨立的CAN接口，每個接口最大速率可達50OK.PCI-841是專用的通訊卡，提供了控制器局域網(wǎng)絡連接到您的PC.憑借其內置的CAN控制器，的PCI-841提供了-個自動變速箱重復功能總線仲裁和錯誤檢測。這大大降低了數(shù)據(jù)丟失的機會，并確保系統(tǒng)的可靠性。板載CAN控制器位于內存在不同的位置。您可以運行兩個獨立的CAN控制器在同-時間。在PCI-841工作在波特率高達1MbPs，可以在PC機擴展槽上。 K-LINE通訊板卡： 是-種可以同時高速處理控制和信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)場網(wǎng)絡系統(tǒng)，可以提供高效、-體化的工廠和過程自動化控制。是-種通訊中信息總線傳輸裝置和CAN總線相似。 PXI介紹： PXI(PCIExtensionforInstrumentation)是由美國NI公司于1997年推出的測控儀器總線標準。它將comPactPCI規(guī)范定義的PCI總線技術發(fā)展成適合于試驗、測量與數(shù)據(jù)采集場合應用的機械、電氣和軟件規(guī)范，從而形成了新的虛擬儀器體系結構。制訂PXI規(guī)范的目的是為了將臺式PC的性能價格比優(yōu)勢與PCI總線面向儀器領域的必要擴展完美地結合起來，形成-種主流的虛擬儀器測試平臺。 PXI總線是PCI總線的增強與擴展，并與現(xiàn)有工業(yè)標準ComPactPCI兼容，它在相同插件底板中提供不同廠商產(chǎn)品的互聯(lián)與操作。作為-種開放的儀器結構，PXI提供了在VXI以外的另-種選擇，滿足了希望以比較低的價格獲得高性能模塊儀器的顧客需求。PXI最初只能使用內嵌式控制器，后來NI公司發(fā)布了MXI-3接口，擴展了PXI的系統(tǒng)控制，包括直接PC控制、多機箱擴展和更長的距離控制，擴大了PXI的應用范圍。為了滿足測控模塊的需要，PXI總線通過Jl連接器提供了33MHz的系統(tǒng)時鐘，通過J2連接器提供了IQMHz的TTL參考時鐘信號、TTL觸發(fā)總線和12引腳的局部總線。這樣同步、觸發(fā)和時鐘等功能的信號線均可直接從PXI總線上獲得，而不需要繁多的連線和電纜。PXI也定義了-個星型觸發(fā)系統(tǒng)，與VXI不同的是，它通過1槽傳送精確的觸發(fā)信號，用于模塊間精確定時。 PCI(PeriPheral ComPonent Intereonneet)： 一種由英特爾(Intel)公司1991年推出的用于定義局部總線的標準。此標準允許在計算機內安裝多達10個遵從PCI標準的擴展卡。最早提出的PCI總線工作在33MHz頻率之下，傳輸帶寬達到133MB/s(33MHZ* 32bit/s)，基本上滿足了當時處理器的發(fā)展需要。隨著對更高性能的要求‘，后來又提出把PCI總線的頻率提升到“MHz，傳輸帶寬能達到266MB/S. 1993年又提出了64bit的PCI總線，稱為PCI-X，目前廣泛采用的是32-bit、33MHz或者32-bit、66MHz的PCI總線，64bit的PCI-X插槽更多是應用于服務器產(chǎn)品。從結構上看，PCI是在CPU和原來的系統(tǒng)總線之間插入的-級總線，具體由-個橋接電路實現(xiàn)對這-層的管理，并實現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供信號緩沖，能在高時鐘頻率下保持高性能，適合為顯卡，聲卡，網(wǎng)卡，MODEM等設備提供連接接口，工作頻率為33MHz/66MHZ. PCI總線系統(tǒng)要求有-個PCI控制卡，它必須安裝在-個PCI插槽內。這種插槽是目前主板帶有最多數(shù)量的插槽類型，在當前流行的臺式機主板上，ATX結構的主板-般帶有5-6個PCI插槽，而小-點的mATX主板也都帶有2-3個PCI插槽。根據(jù)實現(xiàn)方式不同，PCI控制器可以與CPU-次交換32位或64位數(shù)據(jù)，它允許智能PCI輔助適配器利用-種總線主控技術與CPU并行地執(zhí)行任務。PCI允許多路復用技術，即允許-個以上的電子信號同時存在于總線之上。 本文研發(fā)的基于LabVIEW便攜式汽車儀表檢測儀功能和要求所需，我們因此選擇NI PXI-6528數(shù)字I/O通信板卡。如圖3-2所示。NI PXI-6528模塊是用于PXI CompactPCI系統(tǒng)的48通道并行隔離工業(yè)數(shù)字I/O接口。NI PXI-6528具有24路數(shù)字輸入通道和24路數(shù)字開關輸出通道，無需使用跳線。使用PXI-6528，數(shù)字電平可達士60VDC，開關電流可達150A.PXI-6528的隔離特性能為您的系統(tǒng)減少噪音，去除外部信號帶來的尖脈沖，并切斷接地回路。開啟可編程上電狀態(tài)，您能在軟件中配置初始輸出狀態(tài)，確保與工業(yè)激勵器(泵、閘、發(fā)動機、繼電器)接通時操作的安全和無故障。通過使用電子I/O看門狗，您能在計算機或應用程序出現(xiàn)故障時，使設備進入可配置的安全輸出狀態(tài)，從而保證-旦設備與工業(yè)激勵器接通，便能對故障狀況有所檢測并進行安全恢復。在數(shù)字狀態(tài)發(fā)生改變時(無需輪詢)，該數(shù)字FO設備可通知并觸發(fā)您的軟件。可編程輸入濾波器可通過軟件設置濾波器，用于消除噪音并為數(shù)字開關/繼電器去除抖動。 此板卡能夠模擬產(chǎn)生出各種汽車儀表所需的數(shù)字信號，輸入給對應的汽車儀表和-些報警裝置，當傳送的-些數(shù)據(jù)超出儀表所允許的范圍之外時，報警裝置就開始工作，及時的反應汽車的工作情況，發(fā)出報警信號，來提醒駕駛員，為了安全的運行現(xiàn)在需要采取相應的措施。同時也可以通過總線把-些信號輸出給儀表。下圖3-3是PXI機箱。 數(shù)據(jù)通信轉換板卡：將-種信號轉換成另-種信號的裝置。信號是信息存在的形式或載體。在自動化儀表設備和自動控制系統(tǒng)中，常將-種信號轉換成另-種與標準量或參考量比較后的信號，以便將兩類儀表聯(lián)接起來，因此，轉換器常常是兩個儀表(或裝置)間的中間環(huán)節(jié).各種類型的轉換器的出現(xiàn)，大大擴大了各類儀表(裝置)的使用范圍，使自動控制系統(tǒng)具有更多的靈活性和更廣的適應性。各類轉換器的基本作用是將信息轉換成便于傳輸和處理的形式，要求轉換過程中信息不發(fā)生畸變、失真、延遲等，因此對轉換器的線性度、輸入輸出阻抗匹配和隔離等有-定要求：①線性特性。要求轉換器的輸出信號Y與輸入信號X之間具有良好的比例關系，即Y=KX+A，式中K、A為常數(shù)。②輸入阻抗和輸出阻抗。轉換器輸入阻抗和輸出阻抗必須與輸入端儀表和輸出端儀表相匹配，才能獲得高的轉換精度。③隔離特性。輸入電路、輸出電路與電源電路在直流電位上應彼此隔離，輸入、輸出電路F的接地點應分開，以提高抗干擾能力。 采用-塊數(shù)據(jù)通信轉換卡來完成儀表參數(shù)的標定以及作為CAN節(jié)點與車上其他CAN節(jié)點的數(shù)據(jù)通信，該卡的主要功能是完成串口信號與CAN信號之間的轉換功能，開發(fā)數(shù)據(jù)通信轉換卡的目的-是為了節(jié)約成本，二是考慮到大多數(shù)臺式機或筆記本沒有CAN接口。通過這個板卡對被控儀表的特征參數(shù)， 如車輛的特征系數(shù)、傳感器的傳感系數(shù)、發(fā)動機的速比以及儀表的-些標定參數(shù)等進行設定。由于目標車型不確定，儀表的-些特征參數(shù)需要實車測試才能最后標定，所以該板卡可作為以后儀表參數(shù)標定用。 各種板卡在基于LabVIEW便攜式汽車儀表檢測儀起到信息轉換的作用，把各種儀表采集的信號轉換成總線能傳輸?shù)男盘枺@樣這些信號才能被工控機接受和處理。 |
