汪蓄

摘 要：現(xiàn)代船舶運(yùn)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)得到了良好發(fā)展，節(jié)能減排技術(shù)在現(xiàn)代有著較為普及的應(yīng)用，船舶行業(yè)開始利用電力作為船舶的推進(jìn)動(dòng)力，文章把CAN總線在船舶中的應(yīng)用作為主要研究對(duì)象，并對(duì)其在船舶電力推進(jìn)仿真系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)分析，希望可以帶來幫助。

關(guān)鍵詞：CAN總線；船舶電力；推進(jìn)仿真系統(tǒng)

現(xiàn)代電力推進(jìn)仿真系統(tǒng)推進(jìn)了船舶操作和監(jiān)控環(huán)境的有效發(fā)展，CAN總線在現(xiàn)代船舶電力推進(jìn)仿真系統(tǒng)之中有著極其重要的意義。

1 CAN技術(shù)簡(jiǎn)介

所謂CAN技術(shù)，也就是控制器局域網(wǎng)，可以對(duì)一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)行調(diào)整，從而用于設(shè)備的檢測(cè)和控制。CAN技術(shù)采用了簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)模型，建立在IOS平臺(tái)之上。

通過對(duì)各種計(jì)算方式進(jìn)行了簡(jiǎn)化，這種方式很大程度上帶來了CAN技術(shù)的便利使用。因其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，且具有較為靈活的通信方式，并改變了傳統(tǒng)的編碼方式，因此，如何合理的運(yùn)用CAN技術(shù)，需要對(duì)于通信模塊進(jìn)行編制。

CAN技術(shù)通過對(duì)數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行編程，可以幫助節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)局限于理論之中不受到限制，在現(xiàn)代的運(yùn)算邏輯之中，主要的運(yùn)算思維便是通過二進(jìn)制的計(jì)算來進(jìn)行相關(guān)模擬進(jìn)程，用在實(shí)際工作設(shè)計(jì)中，可以定義數(shù)目龐大的相關(guān)數(shù)據(jù)模塊，這種編程方式，使得通訊系統(tǒng)求同存異，也就是本來不同的節(jié)點(diǎn)可以接收到同樣的數(shù)據(jù)。二進(jìn)制數(shù)目的計(jì)算非常適合現(xiàn)代快節(jié)奏的實(shí)時(shí)通信，其提供了CRC校驗(yàn)系統(tǒng)之中的錯(cuò)誤處理功能，提升了數(shù)據(jù)通信的可靠程度。

2 電力推進(jìn)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代電力推進(jìn)仿真系統(tǒng)主要的組成部分便是其中央控制臺(tái)，另外還有船翼控制臺(tái)以及一些現(xiàn)場(chǎng)控制箱。在具體的設(shè)計(jì)過程之中，主要應(yīng)該設(shè)計(jì)三個(gè)工作站，在控制臺(tái)上設(shè)置相應(yīng)的計(jì)算機(jī)，其主要工作便是數(shù)據(jù)的采集和分析、電源管理、數(shù)據(jù)綜合監(jiān)控等方面，同時(shí)應(yīng)有一臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)進(jìn)行電力推進(jìn)仿真系統(tǒng)的模擬。

在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置過程之中，一般情況下主要分為兩層，兩層之中有一層為遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，主要目的是為了保證有效的數(shù)據(jù)傳輸，主要負(fù)責(zé)各個(gè)計(jì)算機(jī)之間的通信。電力推進(jìn)仿真計(jì)算機(jī)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中樞，即作為仿真管理，也作為網(wǎng)關(guān)進(jìn)行有效工作。另外一層是主要負(fù)責(zé)控制的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)肩負(fù)著顯示儀器和控制器之間交流的功能。在具體的CAN總線儀表組成之中，主要包括一些推進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速表、角度表、電功率表、電機(jī)電壓表、電機(jī)電流表、船速表等。這些儀表共同組成了現(xiàn)代電力推進(jìn)仿真系統(tǒng)的主要儀器，對(duì)于系統(tǒng)而言，轉(zhuǎn)速控制器和角度控制器屬于控制器，這些主要就是顯示CAN總線系統(tǒng)和操作系統(tǒng)，操作人員可以通過儀表進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢，然后對(duì)于工作之中出現(xiàn)的一些問題可以通過控制儀器進(jìn)行有效調(diào)整。

3 CAN接口設(shè)計(jì)

CAN接口設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面，包括相應(yīng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，這兩部分的有效結(jié)合保證了CAN接口發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因?yàn)镃AN相關(guān)芯片在行業(yè)內(nèi)部已經(jīng)形成了較為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，具體的操作過程即使有點(diǎn)差異，但因?yàn)橛薪y(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)件，基于芯片的基本編程思路通常都是一樣的。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的過程中，CAN接口硬件設(shè)計(jì)主要包括微控制器、獨(dú)立CAN通信控制器、高速光電耦合器和總線驅(qū)動(dòng)器。微控制器自身具有小巧、高性能，以及在工作運(yùn)行時(shí)能耗較低等特點(diǎn)，微控制器在時(shí)鐘周期內(nèi)精簡(jiǎn)指令，內(nèi)部主要包括地址和數(shù)據(jù)總線，時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行單一指令的執(zhí)行，其通過控制獨(dú)立CAN通信控制器實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的工作。

CAN通信控制器在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的功能時(shí)具有較快的數(shù)據(jù)傳輸速率，并且可以支持很多新特性的通信協(xié)議，其主要是實(shí)現(xiàn)了物理層相應(yīng)的功能，并作為獨(dú)立的通信控制器，而且具有較為靈活的使用性能，支持多種接口組合。

CAN總線驅(qū)動(dòng)器是控制協(xié)議和物理設(shè)備的媒介，實(shí)現(xiàn)了控制指令的相關(guān)傳輸，接收能力和發(fā)送能力的雙向賦予，幫助工作系統(tǒng)正常開展，作為現(xiàn)代的技術(shù)設(shè)備，CAN總線驅(qū)動(dòng)器具有較為良好的抗電磁干擾性。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行CAN總線通信軟件設(shè)計(jì)應(yīng)該分為三個(gè)部分的設(shè)計(jì)，這三個(gè)部分主要應(yīng)該是節(jié)點(diǎn)初始化程序、報(bào)文接收程序和發(fā)送程序。

在進(jìn)行獨(dú)立CAN通信控制器的初始化過程中，需要注意在復(fù)位模式下進(jìn)行。在初始化工作中，首先應(yīng)該設(shè)置工作方式，然后設(shè)置接收濾波方式，包括對(duì)于屏蔽寄存器和接收數(shù)據(jù)的寄存器的設(shè)置，通常想要進(jìn)行CAN通信控制器的正常工作，需要完善的初始設(shè)置才可以。

在報(bào)文的接收程序和發(fā)送程序設(shè)計(jì)過程中，兩者進(jìn)行比較，報(bào)文接收程序比發(fā)送程序更為復(fù)雜，因此，在進(jìn)行接收?qǐng)?bào)文的過程之中，對(duì)于一些錯(cuò)誤情況需要進(jìn)行有效處理，報(bào)文接收的方式為查詢方式和中斷方式。對(duì)于一些要求實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的系統(tǒng)而言，可以采用中斷接收方式進(jìn)行。對(duì)于發(fā)送程序而言，主要通過CAN控制器進(jìn)行自動(dòng)發(fā)送，CAN通信控制器包含功能模塊，接口管理邏輯、發(fā)送緩沖器、接收緩沖器、驗(yàn)收濾波等，發(fā)送程序利用已經(jīng)編寫好的程序，將發(fā)送程序進(jìn)行有效編輯，然后按照特定方式進(jìn)行合成，合成一幀報(bào)文，報(bào)文通過獨(dú)立CAN通信控制器發(fā)送到緩沖區(qū)之中，然后進(jìn)行自動(dòng)發(fā)送。

在軟件設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該注意雖然CAN節(jié)點(diǎn)不可以接入系統(tǒng)之中，但是物理線路是必須存在的。實(shí)際工作中，為了保證工作效果，需要加入相應(yīng)的匹配電阻，然后對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接收測(cè)試，確保節(jié)點(diǎn)的正常工作后才可以正常接入網(wǎng)絡(luò)之中，完成網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)計(jì)。

具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：（1）CAN設(shè)計(jì)為多主方式工作，在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的任何節(jié)點(diǎn)均能夠在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)送信息；（2）CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)置不同節(jié)點(diǎn)信息優(yōu)先級(jí)，最高優(yōu)先級(jí)可在134us當(dāng)中傳輸；（3）設(shè)計(jì)CAN需采用非破壞性的總線仲裁技術(shù)，低優(yōu)先級(jí)信息需要避讓高優(yōu)先級(jí)，節(jié)省總線沖突仲裁的時(shí)間；（4）設(shè)置CAN直接通信距離最高10km，可在速率5kps下傳輸，而要達(dá)到傳輸速率1Mbps，則通信距離最遠(yuǎn)只能達(dá)到40m；（5）CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，受到干擾的概率相對(duì)較低，同時(shí)傳輸時(shí)間更短，檢錯(cuò)效果更好。

4 結(jié)束語

CAN總線在船舶的電力推進(jìn)系統(tǒng)之中的應(yīng)用，特別是對(duì)以現(xiàn)代電力資源作為動(dòng)力進(jìn)行船舶推動(dòng)方面有著十分重要的促進(jìn)作用，更值得進(jìn)行大力推廣。文章對(duì)于這方面的應(yīng)用研究進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，希望可以幫助相關(guān)人員進(jìn)行有效思考。

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