基于iCAN教學(xué)實驗開發(fā)平臺的課程實踐研究*

◆孫進　曹肖偉　宋愛平　張琦　周建華

基于iCAN教學(xué)實驗開發(fā)平臺的課程實踐研究*

◆孫進曹肖偉宋愛平張琦周建華

針對培養(yǎng)機械電子人才的需要，基于iCAN教學(xué)實驗平臺理念，以iCAN教學(xué)實驗開發(fā)平臺為例，將理論教學(xué)與實例參與相結(jié)合，并將其運用到教學(xué)模式中，讓學(xué)生學(xué)習理論的同時也能得到充分實踐，提高教學(xué)質(zhì)量，增強學(xué)生學(xué)習效果，為培養(yǎng)創(chuàng)新型、實踐型機電人才打下良好的基礎(chǔ)。

iCAN系統(tǒng)；CAN-bus；通信模塊；課程實踐

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.16.133

1　前言

現(xiàn)場總線是一種用于生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制和通信的新技術(shù)。現(xiàn)場總線采用把微處理器放入傳統(tǒng)的測量控制儀表的思想，使其能夠具有數(shù)字通信和計算的能力，通信協(xié)議采用規(guī)范、公開的形式，通信總線采用一定的介質(zhì)，使得信息交換和數(shù)據(jù)傳輸能夠在現(xiàn)場總線的控制設(shè)備以及遠程計算機之間實現(xiàn)［1］。其中，CAN總線是最具發(fā)展前景的現(xiàn)場總線之一，并得到公認，突出的靈活性、可靠性和實用性能夠在基于CAN總線的數(shù)據(jù)通信中得到充分實現(xiàn)，其總線規(guī)范已經(jīng)成為國際標準［2］。目前，眾多生產(chǎn)廠家可以進行CAN接口芯片的生產(chǎn)，開放的協(xié)議，低廉的價格，而且使用簡單、方便易懂，可以預(yù)料，CAN總線的發(fā)展方向?qū)嫦虮姸囝I(lǐng)域［3］。

iCAN教學(xué)實驗開發(fā)平臺詳細介紹平臺系統(tǒng)的組成、設(shè)計方法、典型產(chǎn)品的分析等內(nèi)容。學(xué)生利用iCAN教學(xué)實驗開發(fā)平臺，在了解理論知識的同時，還能熟練掌握在實踐應(yīng)用方面的技術(shù)，為應(yīng)用型、創(chuàng)新型等方面的人才培養(yǎng)奠定良好的基礎(chǔ)。

2　iCAN教學(xué)實驗開發(fā)平臺

iCAN教學(xué)實驗開發(fā)平臺涉及CAN-bus網(wǎng)絡(luò)通信、iCAN協(xié)議、基本的輸入與輸出功能控制、PC軟件編程等技術(shù)內(nèi)容。該實驗開發(fā)平臺對不同的技術(shù)進行融合，范圍涉及廣泛，使得分布式網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)越性得到體現(xiàn)。利用配套的iCAN模塊，可以在此平臺上實現(xiàn)開關(guān)量控制、LED亮滅控制、電機起停控制、電機轉(zhuǎn)速控制、電機轉(zhuǎn)向控制、模擬量輸入輸出控制及光電開關(guān)檢測等實驗。

3　主要應(yīng)用模塊

iCAN功能模塊iCAN系列功能模塊采用CAN-bus通信接口，iCAN系列I/O模塊符合CAN2.0B協(xié)議規(guī)范，可用在基于CAN總線的DCS/SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）中，作為遠端I/O模塊，采集工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

CANalyst-ll分析儀CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的高層協(xié)議的分析主要采用CANPro協(xié)議分析軟件進行，CANPro協(xié)議分析軟件提供一個用來安裝、開發(fā)、測試、維護、管理CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的軟件工具，功能通用，而且非常強大。

CANET-E接口卡CANET-E接口卡是一款嵌入式網(wǎng)絡(luò)適配器，它內(nèi)部集成了CAN-bus接口和EtherNet接口以及TCP/IP協(xié)議，用戶利用它可以方便輕易地完成CAN-bus網(wǎng)絡(luò)與EtherNet網(wǎng)絡(luò)之間的相互通信。

ZOPC服務(wù)器軟件的應(yīng)用ZOPC_Server是一個OPC服務(wù)器軟件。將iCAN系列功能模塊插到PC機上，再運行本服務(wù)器軟件，將服務(wù)器軟件上相關(guān)配置進行設(shè)置后，連接到此服務(wù)器上的客戶端軟件就可以通過支持的OPC協(xié)議進行連接，通過此服務(wù)器來跟CAN網(wǎng)絡(luò)、iCAN網(wǎng)絡(luò)等進行數(shù)據(jù)傳輸。

iCAN實驗相關(guān)執(zhí)行部件iCAN實驗教學(xué)平臺上的執(zhí)行部件包括各類傳感器、LED燈、電機等功能部件。

4　基于iCAN模塊的應(yīng)用框架圖

如圖1所示，iCAN系統(tǒng)為基于PC機的分布式數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，基本組成單元為上位機PC、USB-CAN接口卡、iCAN功能模塊，同時還可以采用CANbridge網(wǎng)橋設(shè)備，滿足實際應(yīng)用中設(shè)備安裝和布線要求。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)建靈活，并且由于CAN-bus總線的采用，使系統(tǒng)具有良好的可靠性［4］。

圖1　基于iCAN模塊的應(yīng)用框架圖

圖2　CANalyst-Ⅱ的設(shè)備選擇頁面

圖3　CANalyst-Ⅱ的數(shù)據(jù)收發(fā)界面

5　CAN基礎(chǔ)通信實驗研究

將CANalyst-II分析儀和PC機的USB端口相連接，打開CANTest軟件，點擊主菜單中的選擇設(shè)備，選擇其下拉列表中USBCAN2，采用默認的設(shè)備索引號和通道號，波特率設(shè)為500 kbps，定時器0設(shè)為0x00，定時器1設(shè)為0x1c，選擇正常的工作模式。點擊“確定”按鈕，完成設(shè)置如圖2所示。

選擇發(fā)送方式為自發(fā)自收，每次發(fā)送5幀，幀類型為標準幀，幀ID為00000000，數(shù)據(jù)為00 01 02 03 04 05 06 07，幀格式為數(shù)據(jù)幀。發(fā)送次數(shù)為1次，每次發(fā)送間隔為10 ms。設(shè)置完成之后，點擊“啟動CAN”按鈕，激活CAN通道，然后點擊“發(fā)送”按鈕。軟件的顯示區(qū)中顯示CANalyst-II的收發(fā)數(shù)據(jù)，如圖3所示。

從圖中3可以看出，CANalyst-II發(fā)送5幀數(shù)據(jù)，接收5幀數(shù)據(jù)，發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)相同，且與設(shè)置的收據(jù)一致，自收發(fā)成功。同樣，為了強化學(xué)生在練習和掌握方面的牢固性，可在符合標準的情況下，自己對收發(fā)數(shù)據(jù)進行任意修改，觀測實例和接收的數(shù)據(jù)效果是否一樣，能否達到預(yù)想的效果。

6　結(jié)論

將iCAN教學(xué)實驗開發(fā)平臺與學(xué)生實踐相結(jié)合，能夠體現(xiàn)出分布式網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)越性，同時通過搭建一個實驗平臺，學(xué)生能夠從構(gòu)思、設(shè)計、搭建調(diào)試等方面進行實踐，學(xué)生的操作能力能夠得到提高，能夠做到理論和實踐相結(jié)合，為以后的學(xué)習和發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

［1］方曉柯.現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究［D］.沈陽：東北大學(xué)，2005.

［2］韓成浩，高曉紅.CAN總線技術(shù)及其應(yīng)用［J］.制造業(yè)自動化，2010，32（2）：146-149.

［3］郝壽朋，劉瑞玲.基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（8）：36-38，42.

［4］周立功單片機發(fā)展有限公司.基于iCAN協(xié)議的CAN-bus分布式控制系統(tǒng)［J］.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2006（4）：84-85.

G642.3

B

1671-489X（2016）16-0133-03

*項目來源：201 5年揚州大學(xué)教改課題“面向卓越計劃的PLC教學(xué)實訓(xùn)平臺網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的教學(xué)改革研究”（基金編號：YZUJX2014—50C）；“C語言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全英文授課的探索”（基金編號：YZUJX2014—51C）。

作者：孫進，揚州大學(xué)機械工程學(xué)院講師，博士，研究方向為機電一體化工程；曹肖偉、宋愛平、張琦、周建華，揚州大學(xué)機械工程學(xué)院（225127）。