第12章 傳感器網(wǎng)絡(luò)51059

1、第12章 傳感器網(wǎng)絡(luò),12.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 12.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)信息交換體系 12.3 OSI開放系統(tǒng)互連參考模型 12.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 12.5 實(shí)訓(xùn),12.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)概述,12.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。 智能傳感器的開發(fā)和大量使用，導(dǎo)致了在分布式控制系統(tǒng)中，對(duì)傳感信息交換提出了許多新的要求。 單獨(dú)的傳

2、感器數(shù)據(jù)采集已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代控制技術(shù)和檢測技術(shù)的發(fā)展，取而代之的是分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，如圖12-1所示。,傳感器1,傳感器2,傳感器3,信號(hào)處理器,信號(hào)處理器,信號(hào)處理器,計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī),傳輸線,執(zhí)行器,執(zhí)行器,執(zhí)行器,,,,,,,,,,,,,,,,,圖12-1 分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),12.1.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)的作用 傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)施遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分類存儲(chǔ)和應(yīng)用。 傳感器

3、網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)用戶可同時(shí)對(duì)同一過程進(jìn)行監(jiān)控。 憑借智能化軟硬件，靈活調(diào)用網(wǎng)上各種計(jì)算機(jī)、儀器儀表和傳感器各自的資源特性和潛力。 區(qū)別不同的時(shí)空條件和儀器儀表、傳感器的類別特征，測出臨界值，作出不同的特征響應(yīng)，完成各種形式、各種要求的任務(wù)。,專家們高度評(píng)價(jià)和推崇傳感器網(wǎng)絡(luò)，把傳感器網(wǎng)絡(luò)同塑料、電子學(xué)、仿生人體器官一起，看作是全球未來的四大高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。 預(yù)言它們將掀起新的產(chǎn)業(yè)浪潮。,12.1.2 傳感器網(wǎng)

4、絡(luò)的結(jié)構(gòu) 傳感器網(wǎng)絡(luò)可用于人類工作、生活、娛樂的各個(gè)方面，可用于辦公室、工廠、家庭、住宅小區(qū)、機(jī)器人、汽車等多種領(lǐng)域。 傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，可以是如圖12-1所示全部互連形的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。也可以是如圖12-2所示的多個(gè)傳感器計(jì)算機(jī)工作站和一臺(tái)服務(wù)器組成的主從結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)絡(luò)形式可以是以太網(wǎng)或其它網(wǎng)絡(luò)形式，總線連接可以是環(huán)形、星形、線形 。,傳感器1,傳感器n,計(jì)算機(jī)n,計(jì)算機(jī)1

5、,執(zhí)行器,執(zhí)行器,存儲(chǔ)器,服務(wù)器,總線連接,,,,,,,,,,,,,,圖12-2 主從結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò),傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以是多個(gè)傳感器和一臺(tái)計(jì)算機(jī)或單片機(jī)組成的智能傳感器，如圖12-3所示。 傳感器網(wǎng)絡(luò)可以組成個(gè)人網(wǎng)、局域網(wǎng)、城域網(wǎng)，甚至可以連上遍布全球的Internet互聯(lián)網(wǎng)，如圖12-4所示。 若將數(shù)量巨大的傳感器加入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，則可以將互聯(lián)網(wǎng)延伸到更多的人類活動(dòng)領(lǐng)域。,亮度傳感器,煙霧傳感器,溫度傳感

6、器,聲音傳感器,氣壓傳感器,按鍵接口電路,數(shù)字信號(hào)處理接口,單片機(jī),執(zhí)行設(shè)備,LCD顯示設(shè)備,,,,,,,,,,,圖12-3 傳感器網(wǎng)絡(luò)組成的智能傳感器,傳感器1,傳感器n,數(shù)字信號(hào)處理器,A/D轉(zhuǎn)換,A/D轉(zhuǎn)換,數(shù)字信號(hào)處理器,Internet網(wǎng),用戶1,用戶n,,,,,,,,,,,,,,,圖12-4 數(shù)量巨大的傳感器加入Internet互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),目前，傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作遇到的最大問題是傳感器的供電電源

7、問題。 理想的情況是能保持幾年不更換的高效能電池，或采用耗電少的傳感器。 值得關(guān)注的是，隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡(luò)也正朝著開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。,12.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)信息交換體系,12.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)信息交換體系 傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息交換體系涉及到： 協(xié)議、 總線、 器件標(biāo)準(zhǔn)總線、 復(fù)合傳輸、 隱藏、 數(shù)據(jù)鏈接控

8、制。 協(xié)議是傳感器網(wǎng)絡(luò)上各分布式系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換而達(dá)成共識(shí)的一套規(guī)則或約定。,對(duì)于一個(gè)給定的具體應(yīng)用，在選擇協(xié)議時(shí)，必須考慮傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能和使用硬件、軟件與開發(fā)工具的能力。 傳感器網(wǎng)絡(luò)上各分布式系統(tǒng)之間進(jìn)行可靠的信息交換，最重要的是選擇和制定協(xié)議。 一個(gè)統(tǒng)一國際標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議可以使各廠家都生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的產(chǎn)品，不同廠家的傳感器和儀器儀表可以互相代用，不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)可以互相連接，相

9、互通信。,12.3 OSI開放系統(tǒng)互連參考模型,12.3 OSI開放系統(tǒng)互連參考模型 有好幾個(gè)工業(yè)委員會(huì)和公司花費(fèi)了大量精力去創(chuàng)造一種各個(gè)企業(yè)和機(jī)構(gòu)可接受的協(xié)議。 其中最重要的是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義了一種開放系統(tǒng)互連參考模型，即OSI參考模型。,12.3.1 OSI參考模型的層次結(jié)構(gòu) OSI參考模型規(guī)定了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，把網(wǎng)絡(luò)從邏輯上分為七層。 各層通信設(shè)備和功能模塊

10、分別為一個(gè)實(shí)體，相對(duì)獨(dú)立，通過接口與其相鄰層連接。 相應(yīng)協(xié)議也分七層，每一層都建立在下層之上，每一層的目的都是為上層提供一定的服務(wù)，并對(duì)上層屏蔽服務(wù)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。,各層協(xié)議互相協(xié)作構(gòu)成一個(gè)整體，稱為協(xié)議簇或協(xié)議套。 所謂開放系統(tǒng)互連，是指按這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和建成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都可以互相連接。 用戶進(jìn)程（設(shè)備和文件）經(jīng)過OSI開放系統(tǒng)互連參考模型的七層模型規(guī)范操作后，進(jìn)入光纖、電纜、電波等物理傳輸媒質(zhì)，傳輸

11、到對(duì)方。 OSI的七層模型和規(guī)范如圖12-5所示：,用戶設(shè)備和文件,第六層 表示層 數(shù)據(jù)表示形式轉(zhuǎn)換及加密等規(guī)范,第七層 應(yīng)用層 應(yīng)用程序間的通信步驟規(guī)范,第五層 會(huì)話層 用戶間會(huì)話的傳輸控制步驟規(guī)范,第四層 傳輸層 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆纸M、異常回復(fù)規(guī)范,第三層 網(wǎng)絡(luò)層 虛擬的通信線路選擇確定方式規(guī)范,第二層 鏈路層 相同媒體間的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范,第一層 物理層 線路上連接的設(shè)備電氣特性規(guī)范,光纖、電纜、

12、電波等物理傳輸媒質(zhì),,圖12-5 OSI的七層模型和規(guī)范,發(fā)送用戶數(shù)據(jù)信息進(jìn)入第七層實(shí)體，經(jīng)該層協(xié)議操作后，在其前面加上該層協(xié)議操作標(biāo)頭（協(xié)議控制信息PCI），組成協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU。 PDU進(jìn)入下一層實(shí)體后稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU。 再經(jīng)下一層協(xié)議操作，再加上下一層協(xié)議控制信息PCI，又組成下一層協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU。 這樣經(jīng)一層一層實(shí)體的協(xié)議操作控制后，進(jìn)入物理傳輸媒質(zhì)（光纖、電纜、自由空間等

13、）傳輸。,接收設(shè)備從物理傳輸媒質(zhì)上接收到協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU。 第一層功能模塊根據(jù)標(biāo)頭信息（協(xié)議控制信息PCI），對(duì)協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，并去掉標(biāo)頭信息，交上一層實(shí)體。 上一層實(shí)體根據(jù)本層標(biāo)頭信息（PCI），對(duì)協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，并去掉本層標(biāo)頭信息，再交上一層實(shí)體。 這樣經(jīng)一層一層實(shí)體數(shù)據(jù)恢復(fù)后，第七層將發(fā)送用戶數(shù)據(jù)信息復(fù)原。 接收用戶獲得發(fā)送用戶數(shù)據(jù)信息。,12.3.

14、2 OSI參考模型各層規(guī)范的功能 1．物理層（1）規(guī)定二進(jìn)制“位”比特流信號(hào)在線路上的碼型；（2）規(guī)定二進(jìn)制“位”比特流信號(hào)在線路上的電平值；（3）當(dāng)建立、維護(hù)與其它設(shè)備的物理連接時(shí)，規(guī)定需要的機(jī)械、電氣功能特性和規(guī)程特性。,2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層（1）將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特流加上同步信息、校驗(yàn)信息和地址信息封裝成數(shù)據(jù)幀；（2）數(shù)據(jù)幀傳輸順序的控制；（3）數(shù)據(jù)比特流差錯(cuò)檢測與控制；（4）數(shù)據(jù)比特流傳輸流量控制。,3．網(wǎng)絡(luò)層（1）通

15、過路徑選擇將信息分包從最合適的路徑由發(fā)送端傳送到接收端；（2）防止信息流過大造成網(wǎng)絡(luò)阻塞；（3）信息傳輸收費(fèi)記帳功能；（4）由多個(gè)子網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)的建立和管理；（5）與其它網(wǎng)絡(luò)連接的建立和管理。,4．傳輸層（1）分割和重組報(bào)文，進(jìn)行打包；（2）提供可靠的端到端的服務(wù)；（3）傳輸層的流量控制；（4）提供面向連接的和無連接數(shù)據(jù)的傳輸服務(wù)。,5．會(huì)話層（1）使用遠(yuǎn)程地址建立用戶連接；（2）允許用戶在設(shè)備之間建立、維持和終止會(huì)話

16、；（3）管理會(huì)話。,6．表示層（1）數(shù)據(jù)編碼格式轉(zhuǎn)換；（2）數(shù)據(jù)壓縮與解壓；（3）建立數(shù)據(jù)交換格式；（4）數(shù)據(jù)的安全與保密；（5）其它特殊服務(wù)。,7．應(yīng)用層（1）作為用戶應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)間的接口；（2）使用戶的應(yīng)用程序能夠與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互式聯(lián)系。 很多情況下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)并不一定要提供全部七層功能，可根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)格決定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 例如傳感器網(wǎng)絡(luò)通常提供第一層到第三層功能。,12.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,1

17、2.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 在分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)包括傳感器（或執(zhí)行器）、本地硬件和網(wǎng)絡(luò)接口。 傳感器用一個(gè)并行總線提供數(shù)據(jù)包從不同的發(fā)送者到不同的接收者間傳送。 一個(gè)高水平的傳感器網(wǎng)絡(luò)使用OSI模型中第一到第三層以提供更多的信息并且簡化用戶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及維護(hù)。,12.4.1 汽車協(xié)議及其應(yīng)用 汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、車身與行駛系統(tǒng)、顯示與診斷裝置有大量的傳感器。

18、 它們與微型計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器、執(zhí)行元件一起組成電子控制系統(tǒng)。 來自某一個(gè)傳感器的信息和來自某一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)能與多路復(fù)用的其他系統(tǒng)通信，以減少傳感器的數(shù)目和車輛需擁有的線路。 該電子控制系統(tǒng)就是一個(gè)汽車傳感器網(wǎng)絡(luò)。,汽車傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）只要保證傳感器輸出具有重復(fù)再現(xiàn)性，并不要求輸入輸出線性化。 可以通過微型計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行修正計(jì)算來獲得精確值。（2）傳感器信號(hào)可以共享并可以加工。（3

19、）能夠從傳感器信號(hào)間接獲取其它信息。,用于汽車傳感器網(wǎng)絡(luò)的汽車協(xié)議已經(jīng)趨于規(guī)范化。 其中SAE J1850協(xié)議和CAN協(xié)議已形成標(biāo)準(zhǔn)。 還有其他幾個(gè)協(xié)議因?yàn)樘囟ㄖ圃焐痰膽?yīng)用也同時(shí)存在。,1. SAE J1850協(xié)議 作為美國汽車制造商的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議于1994年被批準(zhǔn)實(shí)行， SAE J1850協(xié)議定義了OSI模型中的應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層及物理層。 信息傳輸速率為11.7Kb/s和10.

20、4Kb/s兩種。每幀僅包含一個(gè)信息，每幀的最大長度是101位，幀內(nèi)標(biāo)頭部分包含了信息的優(yōu)先級(jí)、信息源、目標(biāo)地址、信息格式和幀內(nèi)信息的狀況。,2. CAN協(xié)議 CAN是一種串行通信的協(xié)議，初衷是應(yīng)用于汽車內(nèi)部測量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。 現(xiàn)在主要用于汽車之外的離散控制領(lǐng)域中的過程監(jiān)測和控制，特別是工業(yè)自動(dòng)化的低層監(jiān)控，解決控制與測試之間的可靠和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換。 原CAN規(guī)則在1980年宣布，而CAN2

21、.0（修訂版）在1991年宣布。,CAN是一種多用戶協(xié)議，它允許任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在同一網(wǎng)絡(luò)上與其他節(jié)點(diǎn)通信，傳輸速率范圍為5Kb/s～1Mb/s。 CAN利用載波監(jiān)聽、多路復(fù)用來解決多用戶的信息沖突。 CAN的物理傳輸介質(zhì)包括屏蔽或非屏蔽的雙絞線、單股線、光纖和耦合動(dòng)力線。 一些CAN系統(tǒng)的用戶已在進(jìn)行射頻傳送的研制。,,1、CAN的發(fā)展史,2、CAN前景展望,CAN是控制單元區(qū)域網(wǎng)絡(luò)Controller

22、 Area Network的縮寫,含義是控制單元通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,CAN數(shù)據(jù)總線可比作公共汽車公共汽車可以同時(shí)運(yùn)輸大量乘客CAN數(shù)據(jù)總線包含大量的數(shù)據(jù)信息,CAN總線應(yīng)用不僅限于汽車工業(yè)，在其他的工業(yè)領(lǐng)域，如過程控制、工業(yè)流水線控制、機(jī)器人等早已被廣泛使用。CAN總線目前已經(jīng)成為歐洲轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置，并已經(jīng)推廣到美國和日本。 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)已經(jīng)認(rèn)可CAN總線作為汽車應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如ISO 11898，即為道

23、路交通運(yùn)輸工具、數(shù)據(jù)信息交換、高速通信控制器局域網(wǎng)的國際標(biāo)準(zhǔn)。,,CAN總線網(wǎng)絡(luò)在汽車上的布置,3、CAN總線的特點(diǎn)及組成,CAN數(shù)據(jù)總線將各個(gè)控制單元連接在一起形成一個(gè)整體。所有信息都沿總線傳輸，與所連接的控制單元數(shù)及所涉及的信息量的大小無關(guān)。CAN總線與一般的總線相比其數(shù)據(jù)通信具有突出可靠性，實(shí)時(shí)性和靈活性。,1、國際標(biāo)準(zhǔn)：CAN是到目前為止唯一具有國 際標(biāo)準(zhǔn)且成本較低的現(xiàn)場總線2、多

24、主方式：CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上 任何一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主 動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信 息，而不分主從，有極高的總 線利用率。,3、標(biāo)識(shí)符報(bào)文：報(bào)文中不包括源地址或目標(biāo) 地址，僅用標(biāo)識(shí)符來表示功

25、 能信息及優(yōu)先級(jí)信息。優(yōu)先 級(jí)高的數(shù)據(jù)最多可在134微 秒內(nèi)得到傳輸。4、總線仲裁技術(shù)：CAN采用非破壞總線仲裁 技術(shù)。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向 總線發(fā)松信息出現(xiàn)沖突時(shí)，,優(yōu)

26、先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出發(fā) 送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不 受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而 大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間5、數(shù)據(jù)傳輸方式靈活：CAN節(jié)點(diǎn)只需通過報(bào) 文的標(biāo)識(shí)符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì) 點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局

27、廣播等 幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。,6、通信距離與速率：直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10Km（5kb/s以下），通信速率 最高可達(dá)1Mb/s（40m以下）。7、節(jié)點(diǎn)數(shù)：目前可達(dá)110個(gè)，CAN2.0B中的 節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)幾乎不受限制。8、短幀結(jié)構(gòu)：傳輸時(shí)間短，受干擾概率低。9、校驗(yàn)及

28、檢錯(cuò)：每幀信息都有CRC校驗(yàn)。10、通信介質(zhì)：雙絞線，同軸電纜或光纖。,11、自動(dòng)關(guān)閉和自動(dòng)重發(fā)：節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重 的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉輸出 功能，發(fā)送的信息遭到破壞后 可自動(dòng)重發(fā)。,兩根數(shù)據(jù)線纏繞可防止電磁干擾,CAN 總線的特點(diǎn)1、傳輸速度快2、相關(guān)控制單元可共用傳感器3、 更少的線束、更小的控

29、制單元，節(jié)省了空間4、可隨時(shí)掛接其它控制單元，實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展,各網(wǎng)絡(luò)控制單元數(shù)據(jù)交換,根據(jù)實(shí)時(shí)控制的需要，可以給CAN總線設(shè)置成不同的通訊速度，對(duì)應(yīng)地，汽車的CAN總線網(wǎng)絡(luò)便可以分成兩個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)： - 低速網(wǎng) 通訊速度不大于125K bps，目前常用的在100K bps，主要用于中央門鎖，自動(dòng)門窗，自動(dòng)空調(diào)，汽車定位等舒適系統(tǒng)。 - 高速網(wǎng) 通訊速度可達(dá)1M bps，目前常用的在500K bps，主要用于

30、汽車動(dòng)力控制系統(tǒng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，自動(dòng)變速箱，制動(dòng)防抱死裝置等。 在高速網(wǎng)和低速網(wǎng)之間有一個(gè)網(wǎng)關(guān)控制器（Gateway Controller）用于協(xié)調(diào)高低速網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊。,CAN 總線數(shù)據(jù)傳輸速率,CAN –驅(qū)動(dòng) 500 kBaudCAN – 舒適 100 kBaudCAN – 信息娛樂 100 kBaud,,,,三條數(shù)據(jù)總線,CAN總線 在Audi A4 2

31、001 的布置,車載CAN總線與多路信息傳輸系統(tǒng)簡要介紹,驅(qū)動(dòng) CAN High or/bk（桔黑） Low or/br （桔棕）,舒適 CAN High or/gn（桔綠） Low or/br （桔棕）,信息娛樂 CAN High or/vio（桔紫） Low or/br （桔棕）,CAN 數(shù)據(jù)總線連接鏈路外形,CAN總線的組成： CAN數(shù)據(jù)總線由一個(gè)控制器、一個(gè)收發(fā)器，兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸

32、終端以及兩條數(shù)據(jù)傳輸線組成。除了數(shù)據(jù)傳輸線，其他元件都置于控制單元內(nèi)部。,1、CAN控制器： 作用：接收控制單元中微電腦傳來的數(shù)據(jù)， 對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將其傳往CAN 收發(fā)器，也接收來自收發(fā)器傳來的數(shù) 據(jù)，對(duì)這些處理 并將其傳往控制單元 中的微電腦。,2、CAN收發(fā)器：作用：將CAN控制器傳來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信 號(hào)

33、并將其送入數(shù)據(jù)傳輸線。它為控制 器接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。3、數(shù)據(jù)傳輸終端： 它是一個(gè)電阻器，用來防止數(shù)據(jù)在線 端被反射，并以回聲的形式返回。數(shù),據(jù)在線端的反射會(huì)影響數(shù)據(jù)的傳輸。4、數(shù)據(jù)傳輸線： 數(shù)據(jù)傳輸線為雙線，分別為CAN高線和CAN低線。CAN總線將兩條線纏繞在一起，防止外界電磁干擾和向外輻射。這兩條線的電位總相反，如果一條是5V，另一條就是0

34、V，始終保持電壓總和為一常數(shù)。,3.其他汽車業(yè)協(xié)議 汽車串行位通用接口系統(tǒng)（A-bus）。 車輛局域網(wǎng)絡(luò)（VAN）。 時(shí)間觸發(fā)協(xié)議（TTP）。 汽車電子學(xué)操作系統(tǒng)OS標(biāo)準(zhǔn) 。,4.汽車協(xié)議應(yīng)用實(shí)例 基于分布式控制的航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能溫度傳感器構(gòu)成如圖12-6所示。 主要包括上電自檢測電路、熱電偶信號(hào)處理電路、顯示電路接口、DSP與CAN的接口電路、電源電路等幾部分。,上

35、電自檢測電路,熱電偶傳感器,電子模擬開關(guān),熱電偶信號(hào)處理電路,DSP,顯示電路接口,CAN驅(qū)動(dòng)器,DC-DC開關(guān)電源,,,,,,,,電源總線,CAN總線,,,,,圖12-6 航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能溫度傳感器,,,,顯示器,控制系統(tǒng),12.4.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能很容易在工廠自動(dòng)化的應(yīng)用中顯示出來。 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有更多的提議和正在研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。 “

36、現(xiàn)場總線”是在自動(dòng)化工業(yè)進(jìn)程中的非專有雙向數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)。 定義了ISO模型的應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，并帶有一些第四層的服務(wù)內(nèi)容。 圖12-7為一個(gè)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。,操作員工作站,操作員工作站,電源驅(qū)動(dòng),自動(dòng)控制器件,工程師工作站,監(jiān)管系統(tǒng),傳感器執(zhí)行器,傳感器執(zhí)行器,傳感器執(zhí)行器,,,,,,,,,,,,,高速現(xiàn)場總線,低速現(xiàn)場總線,高速現(xiàn)場總線,圖12-7 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),1. CAN協(xié)議的工

37、業(yè)應(yīng)用 CAN協(xié)議通信網(wǎng)絡(luò)由于更簡單和更低成本而獲得發(fā)展，并作為了一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2. LonTalkTM協(xié)議 該協(xié)議定義了OSI模型中的所有七個(gè)層。其數(shù)據(jù)長度為256字節(jié)，通信速率高達(dá)1.25Mb/s，具有沖突檢測和優(yōu)先級(jí)選擇功能。3.其他工業(yè)協(xié)議 （1）可尋址遠(yuǎn)程傳感器通道HART（2）過程現(xiàn)場總線Profibus（3）TOPaz,12.4.3 辦公室與樓宇自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 如圖12

38、-8所示。 在辦公室和樓宇的各個(gè)需要的部位，節(jié)點(diǎn)傳感器的傳感信息隨環(huán)境而變。 將狀態(tài)和信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送給能夠響應(yīng)這種改變的節(jié)點(diǎn)。 由節(jié)點(diǎn)執(zhí)行器依據(jù)相關(guān)信息作出調(diào)整和動(dòng)作。 例如斷開或關(guān)閉氣閥、改變風(fēng)扇速度、花木噴灌、能源使用監(jiān)視、啟動(dòng)防火開關(guān)、啟動(dòng)報(bào)警、故障自診斷、數(shù)據(jù)記錄、接通線路、傳呼通信、信號(hào)驗(yàn)證，等等。,網(wǎng)管,BACnet協(xié)議網(wǎng)絡(luò),存儲(chǔ)器,辦公系統(tǒng)節(jié)點(diǎn),設(shè)備系統(tǒng)節(jié)點(diǎn),安保系統(tǒng)

39、節(jié)點(diǎn),消防系統(tǒng)節(jié)點(diǎn),通信系統(tǒng)節(jié)點(diǎn),執(zhí)行器,傳感器,傳感器,傳感器,傳感器,傳感器,執(zhí)行器,執(zhí)行器,執(zhí)行器,執(zhí)行器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,圖12-8 樓宇自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),12.4.4 家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 家庭的計(jì)算機(jī)控制是智能化住宅工程的目標(biāo)。 用于家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)接口的有： 供暖、通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)、熱水器、安全系統(tǒng)和照明，還有公用事業(yè)公司在家庭應(yīng)用方面的遠(yuǎn)程抄表和用戶設(shè)備管理。

40、 家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖12-9所示。,X-10傳感器網(wǎng)絡(luò),存儲(chǔ)器,計(jì)算機(jī),音響電視通信節(jié)點(diǎn),空調(diào)通風(fēng)供暖節(jié)點(diǎn),安防呼叫報(bào)警節(jié)點(diǎn),電炊具熱水器節(jié)點(diǎn),照明電器門磁節(jié)點(diǎn),分布在各房間、廚房、衛(wèi)生間、門外、窗外的微波、紅外、溫度、濕度、氣體傳感器,各設(shè)備執(zhí)行器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,遠(yuǎn)程抄表設(shè)備管理,有線電視,電話小區(qū)網(wǎng),圖12-9 家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),家庭

41、自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息傳輸速度有高有低，取決于連接到系統(tǒng)的設(shè)備，信息數(shù)量的大小及通信協(xié)議的復(fù)雜程度都屬于中等。 家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有：1.X-10協(xié)議 2.CEBus 3.TonTalkTM,12.5 實(shí)訓(xùn),12.5 實(shí)訓(xùn) 傳感器信號(hào)無線通信傳輸系統(tǒng)如圖12-10所示。 用計(jì)算機(jī)攝像頭或拍照手機(jī)通過Internet網(wǎng)或無線通信傳輸網(wǎng)給同學(xué)的計(jì)算機(jī)或手機(jī)發(fā)送自己的工作圖像。,傳感器,傳感