現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統在經(jīng)緯儀中的應用
摘要：當前，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，測量手段日新月異，對于靶場(chǎng)的光電經(jīng) 緯儀，從系統的復雜性、故障率等特性方面考慮傳統通信方式已無(wú)法滿(mǎn)足要 求�，F場(chǎng)總線(xiàn)作為一種全數字化、雙向、開(kāi)放的多站串行通信總線(xiàn)，以其高速 率和高可靠性，使實(shí)時(shí)控制變得非常容易實(shí)現，已經(jīng)成為當前發(fā)展的熱點(diǎn)。 本文重點(diǎn)分析了控制器局域網(wǎng)(CAN)的技術(shù)特點(diǎn)，提出了一種基于CAN總 線(xiàn)的光電經(jīng)緯儀內部通信系統實(shí)現方案。 電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量?jì)x| 光度計| 電壓計| 電流計

1、引言 在靶場(chǎng)試驗的測控系統中，光電經(jīng)緯儀一直發(fā)揮著(zhù)重要的作 用。光電經(jīng)緯儀是一種用于空間移動(dòng)目標跟蹤定位成像的高精度光 電探測儀器。因其具有實(shí)時(shí)、高精度、動(dòng)態(tài)跟蹤和能夠實(shí)現圖像再現 等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于航空、航天、武器實(shí)驗、天文觀(guān)測等科研和軍 事領(lǐng)域。光電經(jīng)緯儀各分系統的輸出數據結構不同，通信方式主要 有RS232，RS422／485，并口等。這幾種通信方式存在較多的先天 性缺陷：通信速率低、傳輸距離短、線(xiàn)路利用率低、抗干擾能力差、容 錯性差、不易擴展、難以維修和測試。 隨著(zhù)光電跟蹤探測技術(shù)迅速發(fā)展，對目標的測量技術(shù)要求不斷 提高，傳統的通訊方式已無(wú)法滿(mǎn)足要求。要解決上述問(wèn)題，就需要尋 找一種在實(shí)時(shí)性、可靠性等方面均能滿(mǎn)足經(jīng)緯儀要求的通信方式來(lái) 統一設備內部的通信。經(jīng)過(guò)對各種數據通信方式的比較，發(fā)現現場(chǎng) 總線(xiàn)控制具有明顯的優(yōu)勢。

2、現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統 現場(chǎng)總線(xiàn)-安裝在制造或過(guò)程區域的現場(chǎng)裝置與控制室內的自 動(dòng)控制裝置之間的數字式、串行、多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)稱(chēng)為現場(chǎng)總 線(xiàn)。它是一種開(kāi)放的、全數字化、雙向，多站的通訊系統。 采用現場(chǎng)總線(xiàn)將使控制系統結構簡(jiǎn)單、系統安裝費用少并且易 于維護；現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。但由于各種現場(chǎng)總 線(xiàn)側重面不同，各有相應的應用領(lǐng)域，目前多種現場(chǎng)總線(xiàn)并存的現 象。目前比較流行的現場(chǎng)總線(xiàn)主要有：FF(Foundation FieldBus，基 金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn))，PR0FIBUS(Process FieldBus，過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn))， LonWorks(Local Operating Network，局部操作網(wǎng))，HART (Highway Addressable Remote Transducer，可尋址遠程傳感 器數據通路)，CAN(Contro¨er Area Network，控制器局域網(wǎng))。在 對各種現場(chǎng)總線(xiàn)的綜合比較中發(fā)現，CAN總線(xiàn)具有突出、優(yōu)異的性 能。本文不對其它總線(xiàn)作具體介紹，只詳細介紹CAN總線(xiàn)。

3、CAN總線(xiàn)
3．1CAN總線(xiàn)簡(jiǎn)介CAN (Controller Area Network，控制 器局域網(wǎng))是一種有效支持分布式實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )，具有 通信率高、實(shí)時(shí)性好、可靠性高、連接方便和性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)。CAN 協(xié)議最大的特點(diǎn)就是廢除傳統的站地址編碼，而代之以對通信數 據塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)個(gè)數在 理論上不受限制，還可以使不同的節點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數據，這 一點(diǎn)在分布式控制系統中非常有用。由于CAN總線(xiàn)本身的特點(diǎn)， 其應用范圍目前已不再局限于汽車(chē)行業(yè)，而擴展到了機械工業(yè)、紡 織機械、農用機械、機器人、數控機床、醫療機械、家用電器及傳感 器等領(lǐng)域。
3．2CAN總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)CAN總線(xiàn)構建的通信系統具有很多 優(yōu)秀的特性：CAN網(wǎng)絡(luò )具備良好的可靠性設計，網(wǎng)絡(luò )上任一節點(diǎn)均 可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上其他節點(diǎn)發(fā)送信息，保證了基于CAN 總線(xiàn)可以構成多主結構或冗余結構的系統。系統具有良好的故障隔 離能力，CAN總線(xiàn)接口電路通過(guò)2個(gè)輸出端(CANH，CANL)與物理 總線(xiàn)相連。在任意時(shí)刻，CANH端的電平只能是高電平或懸浮狀態(tài)， 而CANL端的電平則只能是低電平或懸浮狀態(tài)，從而使得即使多個(gè) 節點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送數據，也不會(huì )出現總線(xiàn)“短路”的情況。CAN具 132 有良好的傳輸防錯設計，CAN采用短幀結構，數據傳輸的時(shí)間短、受 干擾的幾率低，且CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措 施。CAN總線(xiàn)的通信距離遠，速率高。直接通信距離最遠可達1 OKm (速率在5Kb／S以下)，通信速率最高可達1 Mb／s(通信距離最長(cháng)為 40m)。CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖，選擇靈活、結 構簡(jiǎn)單、器件容易購置、每個(gè)節點(diǎn)的價(jià)格較低，而且開(kāi)發(fā)技術(shù)容易掌 握，能充分的利用現有的單片機開(kāi)發(fā)工具，具有較高的性能價(jià)格比。 從以上可以看出應用CAN總線(xiàn)能夠很好地解決光電經(jīng)緯儀內部通 信的問(wèn)題。

4、基于CAN 總線(xiàn)的光電經(jīng)緯儀通信方案
4．1基于傳統通信方式的光電經(jīng)緯儀結構 在傳統的控制領(lǐng) 域，集中控制系統占據主流地位，它具有系統實(shí)時(shí)性強、擴展方便、 穩定性高等優(yōu)點(diǎn)；但它的缺點(diǎn)在于：集中控制系統將帶來(lái)大量復雜 的接線(xiàn)工作，使現場(chǎng)維護以及故障診斷變得極為困難。經(jīng)緯儀對目 標進(jìn)行跟蹤的過(guò)程中，需要采集和交換的數據主要有：被跟蹤目標 的位置信息、目標位置與視場(chǎng)中心偏差值、引導信息、當前設備位置 信息、圖像信息、時(shí)間信息、伺服控制位置信息、伺服控制速度信息 等。分系統在采集數據、主機交換數據的同時(shí)還要獲得其他分系統 的數據�？梢�(jiàn)主控微機要負擔大量的數據計算和交換任務(wù)，控制功 能不能分散，導致任務(wù)風(fēng)險集中于主機，一旦主機出現問(wèn)題將導致 整臺設備癱瘓。點(diǎn)對點(diǎn)的連接方式不僅使得接口結構復雜，大量的 電纜也增加了設備內部的電磁輻射和干擾，設備的體積龐大，布線(xiàn) 的難度高。
4．2基于CAN總線(xiàn)的光電經(jīng)緯儀通信方案 基于CAN總線(xiàn)的 光電經(jīng)緯儀結構使用單一的串行總線(xiàn)結構代替了多種通信方式的 并行結構。主控微機所需信息可以從CAN總線(xiàn)上取得，分系統通過(guò) 總線(xiàn)與主機交換數據的同時(shí)還可以從總線(xiàn)上直接獲取其他分系統 的數據，提高了總線(xiàn)利用率、數據傳輸的實(shí)時(shí)性還減輕了主機的壓 力、提高了系統工作的穩定性�，F場(chǎng)總線(xiàn)將所有的信號點(diǎn)通過(guò)一根 通信連接在一起，這樣就使得整個(gè)系統的接線(xiàn)變得更加簡(jiǎn)潔、方便。 現場(chǎng)總線(xiàn)往往可以同時(shí)使用總線(xiàn)電纜、光纖、紅外技術(shù)及無(wú)線(xiàn)技術(shù)。 可以根據現場(chǎng)需要選擇不同的傳輸媒介：距離較短，沒(méi)有特殊要求 的場(chǎng)合選擇普通總線(xiàn)電纜：距離較遠不易布線(xiàn)的場(chǎng)合還可以選擇無(wú) 線(xiàn)通信。這些都是傳統的集中控制所無(wú)法實(shí)現的。 很多人認為總線(xiàn)控制對系統的安全性以及可靠性不信任。其 實(shí)，總線(xiàn)電纜在抗損壞、抗干擾能力強方面都大大優(yōu)于以往所選用 的普通信號線(xiàn)纜，故障的發(fā)生率低，從大的方面上來(lái)講系統的穩定 性要優(yōu)于傳統的集中控制方式。目前總線(xiàn)控制中常選擇智能分散技 術(shù)或分層、分支技術(shù)。當我們需要在現場(chǎng)處理一些過(guò)程數據，同時(shí)又 不希望整個(gè)系統的其它部分對此處造成影響，我們可以選擇一個(gè)智 能分散控制器用于此處，在現場(chǎng)對數據處理后再將一些系統控制器 需要的數據上傳。

5、結語(yǔ) 隨著(zhù)計算機、控制器、通信和CRT顯示器技術(shù)的發(fā)展，現場(chǎng)總 線(xiàn)技術(shù)在工業(yè)控制、自動(dòng)化領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展�，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù) 的應用為光電跟蹤探測設備提供了一個(gè)新的發(fā)展空間，使系統結構 趨于簡(jiǎn)單明了，數據傳輸將具有突出的實(shí)時(shí)性和可靠性，跟蹤探測 精度隨之會(huì )有大幅度的提高，但是在具體實(shí)施方面還有很多需要注 意的問(wèn)題，有待于進(jìn)一步的研究和試驗。