Введение 3
1. Описание протокола CAN и CANopen 5
1.1. Физический уровень CAN 5
1.2. Организация логического уровня CAN 17
1.3. Адресация CAN 24
1.4. Организация синхронизации CAN-шины 26
1.5. Протокол CANopen 29
2. Приемопередатчики для сетей CAN 39
3. Контроллеры CAN-bus 49
3.1 Контроллеры CAN-bus в структуре микроконтроллеров 49
3.2 ПЛК с CAN-интерфейсами 60
4. Структура оборудования автономного транспортного средства 61
5. Разработка системы оборудования на основе шины CAN 63
Заключение 82
Список используемой литературы и используемых источников 83
Актуальность и научная значимость настоящего исследования. В современной промышленности активно внедряются и активно используются автономные транспортные средства. Прогресс в области электроники и алгоритмических наработок приводить к постоянному усложнению конструкции транспортных средств, а следовательно и к усложнению архитектуры системы управления. Особое значение приобретает организация связи между различными узлами транспортного средства. Соответственно разработка различных технических решений повышающих эффективность, надежность и универсальность, сокращающих время, затрачиваемое на разработку новых продуктов имеет актуальность.
Объект исследования.
Объектом исследования является организация внутренней шины данных для передачи информации от датчиков в систему управления и исполнительных команд от системы управления в исполняющие устройства, включая устройства индикации, двигатели и т.п.
Цель исследования: Целью исследования является оптимизация процесса передачи данных между различными узлами автономного транспортного средства.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Собрать данные по используемой в управляемом человеком автомобильном транспорте и промышленных сетях CAN-шине.
2. Исследовать имеющиеся протоколы верхнего уровня на примере протокола CANopen.
3. Выделить типовую структуру автономного транспортного средства.
4. Спроектировать схему электрическую принципиальную управляющего узла сети CANbus.
5. Спроектировать схему электрическую принципиальную моста между СЛЫшиной и исполнительными устройствами.
В области автономных транспортных средств на настоящее время можно выделить две больших сферы применения - это транспортные средства для перевозки людей (пассажирские транспортные средства) и технологические или промышленные транспортные средства. Как было отмечено выше, в данной работе будут рассматриваться аспекты развития технологических транспортных средств в контексте разработки внутренней сети передачи информационных потоков в соответствии с протоколом CANbus.
Стандарты, описывающие эту шину декларируют ее состав на физическом и алгоритмическом (программном или верхнем) уровнях.
Соответственно при решении поставленных на работу задач нам необходимо будет собрать основную информацию об уровнях реализации сетей CANbus, включая верхний уровень, вплоть до протокола CANopen.
Итогом данной работы должна стать схема электрическая принципиальная ведущего устройства этой сети, являющегося системой управления для технологических транспортных средств, которые используются для решения логистических задач на современном производстве.
Замена набора жгутов проводов на промышленно стандартизованную CANbus должно упростить монтаж, эксплуатацию и последующую модернизацию таких транспортных средств, за счет значительного увеличения степени модульности конструкции электронной части устройств.
В целях использования в подобных конструкциях узлов, изначально не приспособленных для эксплуатации в сети CANbus в работе также будет разработана схема электрическая принципиальная моста на основе микроконтроллера и трансивера между шиной CANbus и устройствами с наиболее распространенными интерфейсами обмена информацией.
В результате проведенной работы собрана основная информация о работе CANbus на физическом уровне, разобрана работа различных вариантов организации построения сети на физическом уровне.
Рассмотрена структура протокола верхнего уровня CANopen. Определен порядок формирования сообщений различного типа, основные события в сети и принципы обнаружения и исправления ошибок передачи на физическом уровне с помощью механизмов протокола верхнего уровня.
Составлена структура типового технологического автономного транспортного средства, выполняющего логистические задачи производственных процессов. Определена необходимость формирования узлов сети при переходе от кабельных линий и жгутов проводов от датчиков к центральной системе управления. Установлена необходимость разработки схемотехнических решений центральной системы управления и мостов между периферийными устройствами и CAN-шиной.
Разработана схема электрическая принципиальная системы управления автономным транспортным средством, включающей в свой состав контроллер CANbus и трансивер сигналов TTL уровня в CANbus.
Разработаны два варианта схем электрических принципиальных моста между шиной CANbus и интерфейсами реальных устройств:
- упрощенная версия, реализующая трансляцию потоков информации между шиной CANbus и интерфейсом UART,
- универсальная версия, реализующая трансляцию потоков информации между шиной CANbus и интерфейсами ISP, UART, интерфейсом дифференциального усилителя AMP, интерфейсом DAC, интерфейсом PSC, интерфейсом с двумя входами ADC.
Таким образом, задачи поставленные в работе выполнены полностью.
