基于iCAN教学实验开发平台的课程实践研究*
2016-10-21孙进曹肖伟宋爱平张琦周建华
◆孙进 曹肖伟 宋爱平 张琦 周建华
基于iCAN教学实验开发平台的课程实践研究*
◆孙进曹肖伟宋爱平张琦周建华
针对培养机械电子人才的需要，基于iCAN教学实验平台理念，以iCAN教学实验开发平台为例，将理论教学与实例参与相结合，并将其运用到教学模式中，让学生学习理论的同时也能得到充分实践，提高教学质量，增强学生学习效果，为培养创新型、实践型机电人才打下良好的基础。
iCAN系统；CAN-bus；通信模块；课程实践
10.3969/j.issn.1671-489X.2016.16.133
1 前言
现场总线是一种用于生产现场数据控制和通信的新技术。现场总线采用把微处理器放入传统的测量控制仪表的思想，使其能够具有数字通信和计算的能力，通信协议采用规范、公开的形式，通信总线采用一定的介质，使得信息交换和数据传输能够在现场总线的控制设备以及远程计算机之间实现［1］。其中，CAN总线是最具发展前景的现场总线之一，并得到公认，突出的灵活性、可靠性和实用性能够在基于CAN总线的数据通信中得到充分实现，其总线规范已经成为国际标准［2］。目前，众多生产厂家可以进行CAN接口芯片的生产，开放的协议，低廉的价格，而且使用简单、方便易懂，可以预料，CAN总线的发展方向将会面向众多领域［3］。
iCAN教学实验开发平台详细介绍平台系统的组成、设计方法、典型产品的分析等内容。学生利用iCAN教学实验开发平台，在了解理论知识的同时，还能熟练掌握在实践应用方面的技术，为应用型、创新型等方面的人才培养奠定良好的基础。
2 iCAN教学实验开发平台
iCAN教学实验开发平台涉及CAN-bus网络通信、iCAN协议、基本的输入与输出功能控制、PC软件编程等技术内容。该实验开发平台对不同的技术进行融合，范围涉及广泛，使得分布式网络控制的优越性得到体现。利用配套的iCAN模块，可以在此平台上实现开关量控制、LED亮灭控制、电机起停控制、电机转速控制、电机转向控制、模拟量输入输出控制及光电开关检测等实验。
3 主要应用模块
iCAN功能模块iCAN系列功能模块采用CAN-bus通信接口，iCAN系列I/O模块符合CAN2.0B协议规范，可用在基于CAN总线的DCS/SCADA（数据采集与监控系统）中，作为远端I/O模块，采集工业现场数据。
CANalyst-ll分析仪CAN-bus网络的高层协议的分析主要采用CANPro协议分析软件进行，CANPro协议分析软件提供一个用来安装、开发、测试、维护、管理CAN-bus网络的软件工具，功能通用，而且非常强大。
CANET-E接口卡CANET-E接口卡是一款嵌入式网络适配器，它内部集成了CAN-bus接口和EtherNet接口以及TCP/IP协议，用户利用它可以方便轻易地完成CAN-bus网络与EtherNet网络之间的相互通信。
ZOPC服务器软件的应用ZOPC_Server是一个OPC服务器软件。将iCAN系列功能模块插到PC机上，再运行本服务器软件，将服务器软件上相关配置进行设置后，连接到此服务器上的客户端软件就可以通过支持的OPC协议进行连接，通过此服务器来跟CAN网络、iCAN网络等进行数据传输。
iCAN实验相关执行部件iCAN实验教学平台上的执行部件包括各类传感器、LED灯、电机等功能部件。
4 基于iCAN模块的应用框架图
如图1所示，iCAN系统为基于PC机的分布式数据采集及控制系统，基本组成单元为上位机PC、USB-CAN接口卡、iCAN功能模块，同时还可以采用CANbridge网桥设备，满足实际应用中设备安装和布线要求。系统结构简单，构建灵活，并且由于CAN-bus总线的采用，使系统具有良好的可靠性［4］。
图1 基于iCAN模块的应用框架图
图2 CANalyst-Ⅱ的设备选择页面
图3 CANalyst-Ⅱ的数据收发界面
5 CAN基础通信实验研究
将CANalyst-II分析仪和PC机的USB端口相连接，打开CANTest软件，点击主菜单中的选择设备，选择其下拉列表中USBCAN2，采用默认的设备索引号和通道号，波特率设为500 kbps，定时器0设为0x00，定时器1设为0x1c，选择正常的工作模式。点击“确定”按钮，完成设置如图2所示。
选择发送方式为自发自收，每次发送5帧，帧类型为标准帧，帧ID为00000000，数据为00 01 02 03 04 05 06 07，帧格式为数据帧。发送次数为1次，每次发送间隔为10 ms。设置完成之后，点击“启动CAN”按钮，激活CAN通道，然后点击“发送”按钮。软件的显示区中显示CANalyst-II的收发数据，如图3所示。
从图中3可以看出，CANalyst-II发送5帧数据，接收5帧数据，发送和接收的数据相同，且与设置的收据一致，自收发成功。同样，为了强化学生在练习和掌握方面的牢固性，可在符合标准的情况下，自己对收发数据进行任意修改，观测实例和接收的数据效果是否一样，能否达到预想的效果。
6 结论
将iCAN教学实验开发平台与学生实践相结合，能够体现出分布式网络控制的优越性，同时通过搭建一个实验平台，学生能够从构思、设计、搭建调试等方面进行实践，学生的操作能力能够得到提高，能够做到理论和实践相结合，为以后的学习和发展奠定良好的基础。
［1］方晓柯.现场总线网络技术的研究［D］.沈阳：东北大学，2005.
［2］韩成浩，高晓红.CAN总线技术及其应用［J］.制造业自动化，2010，32（2）：146-149.
［3］郝寿朋，刘瑞玲.基于CAN总线的数据采集与控制系统设计［J］.现代电子技术，2011，34（8）：36-38，42.
［4］周立功单片机发展有限公司.基于iCAN协议的CAN-bus分布式控制系统［J］.单片机与嵌入式系统应用，2006（4）：84-85.
G642.3
B
1671-489X（2016）16-0133-03
*项目来源：201 5年扬州大学教改课题“面向卓越计划的PLC教学实训平台网络控制系统的教学改革研究”（基金编号：YZUJX2014—50C）；“C语言数据结构全英文授课的探索”（基金编号：YZUJX2014—51C）。
作者：孙进，扬州大学机械工程学院讲师，博士，研究方向为机电一体化工程；曹肖伟、宋爱平、张琦、周建华，扬州大学机械工程学院（225127）。
