0 引言

　　在生产现场控制系统中，智能设备与常规电气设备的安装、调试与维护需要相当数量的电气技术人员，如何高效、批量、规范地培养高级电气操作人员是教仪厂商急需解决的问题。它要求设备具备通信功能，让教师能掌握训练过程的动态指标，从而了解学员的实际实验情况，可对实验过程进行控制，实现分类指导。

　　本文通过对can(控制器局域网)协议及其应用的研究，利用can通信控制器、can收发器以及增强型微控制器等元器件，研制并开发一种基于can总线的应用系统--电工实验指导系统，在电工实验室开出网络化实验教学课程，从而改变常规教学方法的不足，让学生更加自主、灵活地完成其实验任务，并可根据自己的情况进行扩展实验，为建立开放性实验实训设施基地打下良好的基础，还能使学员体会到网络实验的实际价值，了解can总线控制技术的基本知识。

1 can总线网络通信层的模型与协议

　　针对不同的应用领域可选择不同的应用规范，对于一般的应用领域，采用"命令-响应"模式的通信协议，就可以实现可靠而有效的"主-从"式通信网络。如果需要进行大量数据交换或通信方式灵活的can网络，则可采用一些标准的多主通信协议，如hilonb协议，或者采用can2.0协议中远程帧定义。在汽车电子产品领域，通常参考或直接采用j1939等标准规范。在电力通信设计领域，则常采用devicenetv2.0规范，该规范己被我国采纳国家标准。在智能楼宇通信领域，一般使用modbus协议或延用rs-485模式的"主-从"协议。

　　本系统在建立实际can总线通信网络时，使用can底层硬件来实现对物理层、数据链路层的控制。应用can2.0a/b协议规定的通信检错等机制保证can总线通信网络的可靠性，建立了用户协议层的通信协议，并对网络上的通信数据流进行解释与管理。其用户协议层(应用层)通信协议由数据帧和远程帧格式定义来实现，属于"主-从"式结构。

2 硬件系统的组成与模块硬件的设计

　　基于现场总线的电工实验指导系统的硬件主要由主机、接口卡、智能节点(从机)组成。主机中有应用程序和数据库等文件；接口卡是can实现通信的桥梁，同时，在网络中它也作为一个节点；智能节点由基于现场总线、单片机技术的数据采集与传输模块以及实际操作接线装置等组成。节点能够在计算机的控制下对学生的电工实验进行智能指导。

2.1 数据采集与传输模块的设计

　　数据采集与传输模块可分为5个主要部分，即：由单片机at89s52组成的主机部分；由sja1000、pca82c250、光电隔离电路等组成的can总线控制及接口部分；由+5v基准电压源、驱动三极管、led指示灯、数码管组成的电源与显示部分；采用4片8255作为i/o口的扩展，并与操作工位后端接口等电路组成的数据转换与采集部分；实际操作工位。

　　at89s52单片机作为主机，负责对sja1000进行初始化，通过控制sja1000实现数据的接收和发送等通信，实施对实验数据的采集，采用p1口控制动态扫描显示与指导实验相关的数据等。选用74l,s373作为地址锁存器，用74ls138对8255、sja1000进行片选。

2.1.1 can总线控制及接口部分

　　在从机的运行过程中，由于主控cpu需完成多项工作任务，在要求具有一定的灵活性的同时，还需使系统具有一定的可扩展性，因此，从机中的can控制器选用philips公司的sja1000。选用pca82c250作为can总线的收发器，它也是can协议控制器与物理层之问的接口，具有抗瞬变、抗射频和抗电磁干扰的性能，内部的限流电路具有电路短路时对传送输出级进行保护的功能。在节点(工位机)与介质之间加入光耦电路，即sja1000的tx0和rx0并不是直接与82c250的txd和rxd相连，而是通过高速光耦6n137后与82c250相连。6n137为高速光隔器件，作为外线路与系统之问的隔离，并采用两个完全隔离电源vcc和vdd分别对光耦两部分电路供电，从而达到信号之间的完全隔离，这样可有效地提高系统的抗干扰能力和内部系统的安全性。sja1000的ado～ad7连接到at89s52的p0口，cs连接到74ls138的y4端口，y4为0时cpu片外存储器地址可选中sja1000，cpu通过这些地址可对sja1000执行相应的读写操作，sja1000的rd、wr、ale分别与at89s52的对应引脚相连，可将int接at89s52的int0或int1。at89s52可通过中断或查询方式访问sja1000，也可将int接at89s52的其他端口，采用查询方式访问sja1000。

2.1.2 数据转换与采集部分

1)数据转换电路的设计

　　根据电气控制原理的分析与研究，从中优化出一种比较通用的接线方法，让对应的点按操作顺序依次向cpu的i/o口提供一定规则的+5 v电平，即可完成采样和数字量的转换。学生操作工位的正面为与实际接线端子插孔，其背面为与之相连的信号线，信号线的另一端与8255的某一固定的端口相接。

2)采样电路的设计

　　工位面机采用4片8255作为i/o口的扩展，并通过20 kω下拉电阻与操作工位后端对应的接线端子相接。在8255初始化时，让其工作于普通读方式，此