CAN總線在船舶電力推進仿真系統中的應用探析

汪蓄

摘 要：現代船舶運動動力系統得到了良好發展，節能減排技術在現代有著較為普及的應用，船舶行業開始利用電力作為船舶的推進動力，文章把CAN總線在船舶中的應用作為主要研究對象，并對其在船舶電力推進仿真系統的應用進行了相關分析，希望可以帶來幫助。

關鍵詞：CAN總線；船舶電力；推進仿真系統

現代電力推進仿真系統推進了船舶操作和監控環境的有效發展，CAN總線在現代船舶電力推進仿真系統之中有著極其重要的意義。

1 CAN技術簡介

所謂CAN技術，也就是控制器局域網，可以對一定區域內進行實施監控并實現現行調整，從而用于設備的檢測和控制。CAN技術采用了簡化的網絡模型，建立在IOS平臺之上。

通過對各種計算方式進行了簡化，這種方式很大程度上帶來了CAN技術的便利使用。因其結構較為簡單，且具有較為靈活的通信方式，并改變了傳統的編碼方式，因此，如何合理的運用CAN技術，需要對于通信模塊進行編制。

CAN技術通過對數據模塊進行編程，可以幫助節點個數局限于理論之中不受到限制，在現代的運算邏輯之中，主要的運算思維便是通過二進制的計算來進行相關模擬進程，用在實際工作設計中，可以定義數目龐大的相關數據模塊，這種編程方式，使得通訊系統求同存異，也就是本來不同的節點可以接收到同樣的數據。二進制數目的計算非常適合現代快節奏的實時通信，其提供了CRC校驗系統之中的錯誤處理功能，提升了數據通信的可靠程度。

2 電力推進仿真系統結構

現代電力推進仿真系統主要的組成部分便是其中央控制臺，另外還有船翼控制臺以及一些現場控制箱。在具體的設計過程之中，主要應該設計三個工作站，在控制臺上設置相應的計算機，其主要工作便是數據的采集和分析、電源管理、數據綜合監控等方面，同時應有一臺計算機負責進行電力推進仿真系統的模擬。

在整個網絡的設置過程之中，一般情況下主要分為兩層，兩層之中有一層為遠程通信網絡，主要目的是為了保證有效的數據傳輸，主要負責各個計算機之間的通信。電力推進仿真計算機是整個網絡的中樞，即作為仿真管理，也作為網關進行有效工作。另外一層是主要負責控制的網絡，同時肩負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，主要包括一些推進電機轉速表、角度表、電功率表、電機電壓表、電機電流表、船速表等。這些儀表共同組成了現代電力推進仿真系統的主要儀器，對于系統而言，轉速控制器和角度控制器屬于控制器，這些主要就是顯示CAN總線系統和操作系統，操作人員可以通過儀表進行相關數據的查詢，然后對于工作之中出現的一些問題可以通過控制儀器進行有效調整。

3 CAN接口設計

CAN接口設計主要包括兩個方面，包括相應的硬件和軟件設計，這兩部分的有效結合保證了CAN接口發揮其應有的作用。因為CAN相關芯片在行業內部已經形成了較為統一的標準，具體的操作過程即使有點差異，但因為有統一的標準件，基于芯片的基本編程思路通常都是一樣的。

3.1 硬件設計

在進行硬件設計的過程中，CAN接口硬件設計主要包括微控制器、獨立CAN通信控制器、高速光電耦合器和總線驅動器。微控制器自身具有小巧、高性能，以及在工作運行時能耗較低等特點，微控制器在時鐘周期內精簡指令，內部主要包括地址和數據總線，時鐘周期內進行單一指令的執行，其通過控制獨立CAN通信控制器實現傳輸數據的工作。

CAN通信控制器在實現數據鏈路層和物理層的功能時具有較快的數據傳輸速率，并且可以支持很多新特性的通信協議，其主要是實現了物理層相應的功能，并作為獨立的通信控制器，而且具有較為靈活的使用性能，支持多種接口組合。

CAN總線驅動器是控制協議和物理設備的媒介，實現了控制指令的相關傳輸，接收能力和發送能力的雙向賦予，幫助工作系統正常開展，作為現代的技術設備，CAN總線驅動器具有較為良好的抗電磁干擾性。

3.2 軟件設計

在進行CAN總線通信軟件設計應該分為三個部分的設計，這三個部分主要應該是節點初始化程序、報文接收程序和發送程序。

在進行獨立CAN通信控制器的初始化過程中，需要注意在復位模式下進行。在初始化工作中，首先應該設置工作方式，然后設置接收濾波方式，包括對于屏蔽寄存器和接收數據的寄存器的設置，通常想要進行CAN通信控制器的正常工作，需要完善的初始設置才可以。

在報文的接收程序和發送程序設計過程中，兩者進行比較，報文接收程序比發送程序更為復雜，因此，在進行接收報文的過程之中，對于一些錯誤情況需要進行有效處理，報文接收的方式為查詢方式和中斷方式。對于一些要求實時性很強的系統而言，可以采用中斷接收方式進行。對于發送程序而言，主要通過CAN控制器進行自動發送，CAN通信控制器包含功能模塊，接口管理邏輯、發送緩沖器、接收緩沖器、驗收濾波等，發送程序利用已經編寫好的程序，將發送程序進行有效編輯，然后按照特定方式進行合成，合成一幀報文，報文通過獨立CAN通信控制器發送到緩沖區之中，然后進行自動發送。

在軟件設計過程中應該注意雖然CAN節點不可以接入系統之中，但是物理線路是必須存在的。實際工作中，為了保證工作效果，需要加入相應的匹配電阻，然后對所有節點進行接收測試，確保節點的正常工作后才可以正常接入網絡之中，完成網絡相關設計。

具體設計內容如下：（1）CAN設計為多主方式工作，在網絡當中的任何節點均能夠在任意時刻向網絡上其他節點主動發送信息；（2）CAN網絡設置不同節點信息優先級，最高優先級可在134us當中傳輸；（3）設計CAN需采用非破壞性的總線仲裁技術，低優先級信息需要避讓高優先級，節省總線沖突仲裁的時間；（4）設置CAN直接通信距離最高10km，可在速率5kps下傳輸，而要達到傳輸速率1Mbps，則通信距離最遠只能達到40m；（5）CAN采用短幀結構，受到干擾的概率相對較低，同時傳輸時間更短，檢錯效果更好。

4 結束語

CAN總線在船舶的電力推進系統之中的應用，特別是對以現代電力資源作為動力進行船舶推動方面有著十分重要的促進作用，更值得進行大力推廣。文章對于這方面的應用研究進行了設計分析，希望可以幫助相關人員進行有效思考。

參考文獻

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