現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在經(jīng)緯儀中的應(yīng)用
摘要：當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，測量手段日新月異，對于靶場的光電經(jīng) 緯儀，從系統(tǒng)的復(fù)雜性、故障率等特性方面考慮傳統(tǒng)通信方式已無法滿足要 求�，F(xiàn)場總線作為一種全數(shù)字化、雙向、開放的多站串行通信總線，以其高速 率和高可靠性，使實時控制變得非常容易實現(xiàn)，已經(jīng)成為當(dāng)前發(fā)展的熱點。 本文重點分析了控制器局域網(wǎng)(CAN)的技術(shù)特點，提出了一種基于CAN總 線的光電經(jīng)緯儀內(nèi)部通信系統(tǒng)實現(xiàn)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| 電力測量儀| 光度計| 電壓計| 電流計

1、引言 在靶場試驗的測控系統(tǒng)中，光電經(jīng)緯儀一直發(fā)揮著重要的作 用。光電經(jīng)緯儀是一種用于空間移動目標(biāo)跟蹤定位成像的高精度光 電探測儀器。因其具有實時、高精度、動態(tài)跟蹤和能夠?qū)崿F(xiàn)圖像再現(xiàn) 等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、武器實驗、天文觀測等科研和軍 事領(lǐng)域。光電經(jīng)緯儀各分系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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。 隨著光電跟蹤探測技術(shù)迅速發(fā)展，對目標(biāo)的測量技術(shù)要求不斷 提高，傳統(tǒng)的通訊方式已無法滿足要求。要解決上述問題，就需要尋 找一種在實時性、可靠性等方面均能滿足經(jīng)緯儀要求的通信方式來 統(tǒng)一設(shè)備內(nèi)部的通信。經(jīng)過對各種數(shù)據(jù)通信方式的比較，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場 總線控制具有明顯的優(yōu)勢。

2、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線-安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自 動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總 線。它是一種開放的、全數(shù)字化、雙向，多站的通訊系統(tǒng)。 采用現(xiàn)場總線將使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)安裝費用少并且易 于維護；現(xiàn)場總線技術(shù)越來越受到人們的重視。但由于各種現(xiàn)場總 線側(cè)重面不同，各有相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，目前多種現(xiàn)場總線并存的現(xiàn) 象。目前比較流行的現(xiàn)場總線主要有：FF(Foundation FieldBus，基 金會現(xiàn)場總線)，PR0FIBUS(Process FieldBus，過程現(xiàn)場總線)， LonWorks(Local Operating Network，局部操作網(wǎng))，HART (Highway Addressable Remote Transducer，可尋址遠(yuǎn)程傳感 器數(shù)據(jù)通路)，CAN(Contro¨er Area Network，控制器局域網(wǎng))。在 對各種現(xiàn)場總線的綜合比較中發(fā)現(xiàn)，CAN總線具有突出、優(yōu)異的性 能。本文不對其它總線作具體介紹，只詳細(xì)介紹CAN總線。

3、CAN總線
3．1CAN總線簡介CAN (Controller Area Network，控制 器局域網(wǎng))是一種有效支持分布式實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有 通信率高、實時性好、可靠性高、連接方便和性價比高等特點。CAN 協(xié)議最大的特點就是廢除傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù) 據(jù)塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在 理論上不受限制，還可以使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這 一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。由于CAN總線本身的特點， 其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而擴展到了機械工業(yè)、紡 織機械、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療機械、家用電器及傳感 器等領(lǐng)域。
3．2CAN總線的技術(shù)特點CAN總線構(gòu)建的通信系統(tǒng)具有很多 優(yōu)秀的特性：CAN網(wǎng)絡(luò)具備良好的可靠性設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均 可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，保證了基于CAN 總線可以構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)或冗余結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。系統(tǒng)具有良好的故障隔 離能力，CAN總線接口電路通過2個輸出端(CANH，CANL)與物理 總線相連。在任意時刻，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 節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，也不會出現(xiàn)總線“短路”的情況。CAN具 132 有良好的傳輸防錯設(shè)計，CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r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總線的通信距離遠(yuǎn)，速率高。直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)1 OKm (速率在5Kb／S以下)，通信速率最高可達(dá)1 Mb／s(通信距離最長為 40m)。CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活、結(jié) 構(gòu)簡單、器件容易購置、每個節(jié)點的價格較低，而且開發(fā)技術(shù)容易掌 握，能充分的利用現(xiàn)有的單片機開發(fā)工具，具有較高的性能價格比。 從以上可以看出應(yīng)用CAN總線能夠很好地解決光電經(jīng)緯儀內(nèi)部通 信的問題。

4、基于CAN 總線的光電經(jīng)緯儀通信方案
4．1基于傳統(tǒng)通信方式的光電經(jīng)緯儀結(jié)構(gòu) 在傳統(tǒng)的控制領(lǐng) 域，集中控制系統(tǒng)占據(jù)主流地位，它具有系統(tǒng)實時性強、擴展方便、 穩(wěn)定性高等優(yōu)點；但它的缺點在于：集中控制系統(tǒng)將帶來大量復(fù)雜 的接線工作，使現(xiàn)場維護以及故障診斷變得極為困難。經(jīng)緯儀對目 標(biāo)進行跟蹤的過程中，需要采集和交換的數(shù)據(jù)主要有：被跟蹤目標(biāo) 的位置信息、目標(biāo)位置與視場中心偏差值、引導(dǎo)信息、當(dāng)前設(shè)備位置 信息、圖像信息、時間信息、伺服控制位置信息、伺服控制速度信息 等。分系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)、主機交換數(shù)據(jù)的同時還要獲得其他分系統(tǒng) 的數(shù)據(jù)�？梢娭骺匚�機要負(fù)擔(dān)大量的數(shù)據(jù)計算和交換任務(wù)，控制功 能不能分散，導(dǎo)致任務(wù)風(fēng)險集中于主機，一旦主機出現(xiàn)問題將導(dǎo)致 整臺設(shè)備癱瘓。點對點的連接方式不僅使得接口結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大量的 電纜也增加了設(shè)備內(nèi)部的電磁輻射和干擾，設(shè)備的體積龐大，布線 的難度高。
4．2基于CAN總線的光電經(jīng)緯儀通信方案 基于CAN總線的 光電經(jīng)緯儀結(jié)構(gòu)使用單一的串行總線結(jié)構(gòu)代替了多種通信方式的 并行結(jié)構(gòu)。主控微機所需信息可以從CAN總線上取得，分系統(tǒng)通過 總線與主機交換數(shù)據(jù)的同時還可以從總線上直接獲取其他分系統(tǒng) 的數(shù)據(jù)，提高了總線利用率、數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性還減輕了主機的壓 力、提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。現(xiàn)場總線將所有的信號點通過一根 通信連接在一起，這樣就使得整個系統(tǒng)的接線變得更加簡潔、方便。 現(xiàn)場總線往往可以同時使用總線電纜、光纖、紅外技術(shù)及無線技術(shù)。 可以根據(jù)現(xiàn)場需要選擇不同的傳輸媒介：距離較短，沒有特殊要求 的場合選擇普通總線電纜：距離較遠(yuǎn)不易布線的場合還可以選擇無 線通信。這些都是傳統(tǒng)的集中控制所無法實現(xiàn)的。 很多人認(rèn)為總線控制對系統(tǒng)的安全性以及可靠性不信任。其 實，總線電纜在抗損壞、抗干擾能力強方面都大大優(yōu)于以往所選用 的普通信號線纜，故障的發(fā)生率低，從大的方面上來講系統(tǒng)的穩(wěn)定 性要優(yōu)于傳統(tǒng)的集中控制方式。目前總線控制中常選擇智能分散技 術(shù)或分層、分支技術(shù)。當(dāng)我們需要在現(xiàn)場處理一些過程數(shù)據(jù)，同時又 不希望整個系統(tǒng)的其它部分對此處造成影響，我們可以選擇一個智 能分散控制器用于此處，在現(xiàn)場對數(shù)據(jù)處理后再將一些系統(tǒng)控制器 需要的數(shù)據(jù)上傳。

5、結(jié)語 隨著計算機、控制器、通信和CRT顯示器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總 線技術(shù)在工業(yè)控制、自動化領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展�，F(xiàn)場總線技術(shù) 的應(yīng)用為光電跟蹤探測設(shè)備提供了一個新的發(fā)展空間，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 趨于簡單明了，數(shù)據(jù)傳輸將具有突出的實時性和可靠性，跟蹤探測 精度隨之會有大幅度的提高，但是在具體實施方面還有很多需要注 意的問題，有待于進一步的研究和試驗。