CAN總線在艦艇通信控制系統中的應用

張海紅，郭娟娟

（1.91033部隊，青島 266003；2.91550部隊，大連 116023）

1 CAN總線介紹

所謂CAN指的是控制區域網絡，廣泛應用于當今設備級的通信系統中。CAN總線的主要功能是實現對系統中各個設備的工作狀態進行實時的監控。CAN總線最初應用于汽車的電氣控制系統中，達到對汽車電磁控制系統的分布式控制和實時控制。正因為CAN總線具有如下特點，現廣泛應用于復雜通信系統的控制中。

（1）基于CAN總線，系統可以在任何時刻向通信系統中的任何一個節點發送信息，其具有相對靈活的信息傳輸特性；

（2）基于CAN總線可將網絡上各節點上信息進行優先級的劃分，即根據各節點信息優先級的不同實現對不同系統的控制；

（3）由于CAN總線內部引入了仲裁技術，當網絡中的每個節點同時發送信息時，系統會根據節點信息的優先級確定信息發送的先后次序，從而避免了各節點同時發送信息時造成的擁堵現象；

（4）CAN總線可以滿足多種信息傳輸方式的要求，不僅可以點對點，還可以滿足一點對多點的信息傳輸；

（5）CAN總線具有優越的信息傳輸距離及傳輸速度，基于CAN總線數據最遠傳輸距離可至十公里，最快傳輸速率可達1Mbps；

（6）當CAN總線的某個節點在信息傳輸過程中出現錯誤時，系統會自動停止總線的功能，進而切斷了系統總線與傳輸出問題節點之間的通信，從而保證其他節點的通信不受到干擾。

總之，鑒于CAN總線具有如上所述的優勢，其廣泛應用于噪聲高的環境通信，且其傳輸距離可以滿足一般系統通信的要求。因此，CAN總線適用于小型分布式測控系統，并已經廣泛應用于工業生產的自動化控制、機械加工的機床控制系統中。本文主要研究CAN總線在艦載通信控制系統中的應用。

2 艦載通信控制系統的需求分析

現代艦載通信系統在正常工作狀態需滿足以下需求：

（1）通信系統需要實時監控各通信設備的工作狀態，并結合先進控制算法實現對各通信設備的控制；此外，當操作人員操作出現錯誤時，系統應及時發出警報并自動停止操作。

（2）為用戶提供一個良好的人機交互界面，確保用戶能夠清晰的了解設備的運行狀態，進而對系統的內部資源做出合理的分配。

（3）要求系統所選用的網絡具有良好的擴展性和兼容性，并確保基于該網絡能夠將信息及時、準確的發送出去。

（4）系統可依據用戶的需求適當對網絡中的節點進行刪除或添加，確保當其中一個節點出現問題后也不會對其他節點的正常通信造成影響。

3 CAN總線在通信控制系統中的應用

3.1 CAN總線在控制系統硬件設計中的應用

根據“2”中所述的艦載通信控制系統的需求分析，本文在結合CAN總線多主工作方式的基礎上，設計了艦載通信控制系統網絡模型。

CAN總線在艦載通信控制系統網絡模型結構中的應用解決了DCS控制系統的缺陷。基于CAN總線可以確保網絡中的各個節點之間都是“平等”的。基于CAN總線的設計理念大大降低了系統在通信過程中數據的傳輸量，有效的提高了數據傳輸的速率和準確率，進而將系統控制的實時性和精確性有了質的提高。

3.2 CAN總線在控制系統軟件設計中的應用

艦載通信控制系統的軟件設計包含了兩方面的設計內容，其一監控主機系統的軟件設計；其二位智能節點嵌入式的軟件設計。監控主機系統的軟件設計包括有通信模塊的設計、設備參數修改模塊的設計CAN總線監控模塊的設計以及數據庫管理模塊的設計。結合CAN總線的特點，本文的監控主機系統軟件設計只需對軟件應用層和用戶層向對應的軟件進行設計即可。

通信模塊所實現的主要功能包括有：實現對基于CAN通信系統的初始化操作、實現通信數據的傳送與接收以及對錯誤操作進行監控，并將錯誤操作實時復位。

設備參數修改模塊是基良好的人機界面平臺實現對系統中各個設備參數進行添加、刪除以及修改等操作。

CAN總線監控模塊包括有對人機界面、系統工作狀態、設備工作狀態以及對用戶狀態進行監控。

數據庫管理模塊即對系統所采集到的相關數據進行統一管理，并將系統的CAN總線網絡中各個節點的配置信息及其CAN網絡各個節點的地址等數據進行存儲管理。

艦載通信控制系統的軟件設計遵循模塊化設計原則。基于模塊化設計原則下的結構化程序設計方案大大提高了各個模塊之間的替換性及整個控制系統軟件的方便維修性。智能節點嵌入式系統包含了三大模塊，分別為設備接口控制模塊、報文處理模塊以及通信模塊。

設備接口控制模塊主要實現的功能有：實現對用戶接口設備終端的控制；實現對用戶接口設備及相應信道的工作狀態信息進行采集；將控制系統的控制指令傳送至用戶接口設備終端。

通信模塊實現的主要功能有：及時響應監控主機發出的控制指令，為網絡各個節點之間的通信搭建橋梁。

報文處理模塊實現的主要功能：該模塊主要是對系統所采集到的設備工作狀態進行研究分析，并根據實際運行情況得出下一步控制指令。

4 結束語

CAN現場總線是當前應用較為廣泛的一種現場總線，鑒于其具有較高的可靠性、較快的傳輸特性等廣泛應用于復雜環境下的通信控制系統中。本文分析了CAN總線在艦載通信控制系統中的應用情況，充分說明了CAN總線的優越性及其是確保通信控制系統高可靠性和實時性的關鍵設備。