CAN总线在舰艇通信控制系统中的应用

2019-02-14张海红郭娟娟

数字通信世界 2019年1期

张海红，郭娟娟

（1.91033部队，青岛 266003；2.91550部队，大连 116023）

1 CAN总线介绍

所谓CAN指的是控制区域网络，广泛应用于当今设备级的通信系统中。CAN总线的主要功能是实现对系统中各个设备的工作状态进行实时的监控。CAN总线最初应用于汽车的电气控制系统中，达到对汽车电磁控制系统的分布式控制和实时控制。正因为CAN总线具有如下特点，现广泛应用于复杂通信系统的控制中。

（1）基于CAN总线，系统可以在任何时刻向通信系统中的任何一个节点发送信息，其具有相对灵活的信息传输特性；

（2）基于CAN总线可将网络上各节点上信息进行优先级的划分，即根据各节点信息优先级的不同实现对不同系统的控制；

（3）由于CAN总线内部引入了仲裁技术，当网络中的每个节点同时发送信息时，系统会根据节点信息的优先级确定信息发送的先后次序，从而避免了各节点同时发送信息时造成的拥堵现象；

（4）CAN总线可以满足多种信息传输方式的要求，不仅可以点对点，还可以满足一点对多点的信息传输；

（5）CAN总线具有优越的信息传输距离及传输速度，基于CAN总线数据最远传输距离可至十公里，最快传输速率可达1Mbps；

（6）当CAN总线的某个节点在信息传输过程中出现错误时，系统会自动停止总线的功能，进而切断了系统总线与传输出问题节点之间的通信，从而保证其他节点的通信不受到干扰。

总之，鉴于CAN总线具有如上所述的优势，其广泛应用于噪声高的环境通信，且其传输距离可以满足一般系统通信的要求。因此，CAN总线适用于小型分布式测控系统，并已经广泛应用于工业生产的自动化控制、机械加工的机床控制系统中。本文主要研究CAN总线在舰载通信控制系统中的应用。

2 舰载通信控制系统的需求分析

现代舰载通信系统在正常工作状态需满足以下需求：

（1）通信系统需要实时监控各通信设备的工作状态，并结合先进控制算法实现对各通信设备的控制；此外，当操作人员操作出现错误时，系统应及时发出警报并自动停止操作。

（2）为用户提供一个良好的人机交互界面，确保用户能够清晰的了解设备的运行状态，进而对系统的内部资源做出合理的分配。

（3）要求系统所选用的网络具有良好的扩展性和兼容性，并确保基于该网络能够将信息及时、准确的发送出去。

（4）系统可依据用户的需求适当对网络中的节点进行删除或添加，确保当其中一个节点出现问题后也不会对其他节点的正常通信造成影响。

3 CAN总线在通信控制系统中的应用

3.1 CAN总线在控制系统硬件设计中的应用

根据“2”中所述的舰载通信控制系统的需求分析，本文在结合CAN总线多主工作方式的基础上，设计了舰载通信控制系统网络模型。

CAN总线在舰载通信控制系统网络模型结构中的应用解决了DCS控制系统的缺陷。基于CAN总线可以确保网络中的各个节点之间都是“平等”的。基于CAN总线的设计理念大大降低了系统在通信过程中数据的传输量，有效的提高了数据传输的速率和准确率，进而将系统控制的实时性和精确性有了质的提高。

3.2 CAN总线在控制系统软件设计中的应用

舰载通信控制系统的软件设计包含了两方面的设计内容，其一监控主机系统的软件设计；其二位智能节点嵌入式的软件设计。监控主机系统的软件设计包括有通信模块的设计、设备参数修改模块的设计CAN总线监控模块的设计以及数据库管理模块的设计。结合CAN总线的特点，本文的监控主机系统软件设计只需对软件应用层和用户层向对应的软件进行设计即可。

通信模块所实现的主要功能包括有：实现对基于CAN通信系统的初始化操作、实现通信数据的传送与接收以及对错误操作进行监控，并将错误操作实时复位。

设备参数修改模块是基良好的人机界面平台实现对系统中各个设备参数进行添加、删除以及修改等操作。

CAN总线监控模块包括有对人机界面、系统工作状态、设备工作状态以及对用户状态进行监控。

数据库管理模块即对系统所采集到的相关数据进行统一管理，并将系统的CAN总线网络中各个节点的配置信息及其CAN网络各个节点的地址等数据进行存储管理。

舰载通信控制系统的软件设计遵循模块化设计原则。基于模块化设计原则下的结构化程序设计方案大大提高了各个模块之间的替换性及整个控制系统软件的方便维修性。智能节点嵌入式系统包含了三大模块，分别为设备接口控制模块、报文处理模块以及通信模块。

设备接口控制模块主要实现的功能有：实现对用户接口设备终端的控制；实现对用户接口设备及相应信道的工作状态信息进行采集；将控制系统的控制指令传送至用户接口设备终端。

通信模块实现的主要功能有：及时响应监控主机发出的控制指令，为网络各个节点之间的通信搭建桥梁。

报文处理模块实现的主要功能：该模块主要是对系统所采集到的设备工作状态进行研究分析，并根据实际运行情况得出下一步控制指令。