摘 要

伴随着现场总线和光纤在通信方面的高速发展，两者的协同工作模式得到越来越多的关注，本文顺应时代发展需要研究以现场总线为主体、塑料光纤为传输介质的通信系统。CAN总线凭借它的开放性、数字化、高可靠性及多点通信的特性，不仅在数据通信方面发展迅速，还在工业自动化、医疗设备、航空业等领域得到广泛应用。而塑料光纤凭借它抗电磁干扰能力强、可塑性高、化学稳定性好等优势在数据通信中占据至关重要的位置，在国内外作为主要传输介质得到广泛的研究。

通过分析CAN总线通信的特点优势，研究出现场总线通信的具体方案，先得到电路各器件的选型，再将器件连接起来，实现CAN总线通信。根据分析塑料光纤的物理特性来得到材料的各参数，如衰减率、带宽、传输特性等。根据本课题对物理层设计的要求，选择各转换器件规格，从而设计出合适的光电转换电路。最后搭建相关硬件电路，编写符合要求的程序，载入程序后，实现单片机之间通过塑料光纤进行通信。

本文对CAN总线以塑料光纤为介质的通信进行较详细的研究，为塑料光纤作为新兴介质迈出一大步，能对我国CAN总线通信的研究提供一定的参考意见。

关键词：现场总线；塑料光纤；数据通信；传输介质；CAN总线

Abstract

With the rapid development of fiber optic fieldbus and communication aspects of collaborative work between the two modes to get more and more attention, the paper conform to the development needs of the times as the main research fieldbus, plastic optical fiber communication system transmission medium. CAN bus by virtue of its openness, digital, high reliability and characteristics of the multi-point communications, not only in the rapid development of data communications, the field is still industrial automation, medical equipment, aerospace and other industries are widely used. The plastic optical fiber by virtue of its anti-electromagnetic interference capability, high plasticity, good chemical stability and other advantages to occupy a crucial position in data communications, at home and abroad has been widely studied as the primary transmission medium.

By analyzing the characteristics of the advantages of CAN bus communication, Fieldbus communication developed specific programs, to get the selection circuit of each device, and then connect the device, CAN bus communication. Analysis parameters according to the physical characteristics of the plastic optical fiber obtained materials, such as attenuation, bandwidth, and other transmission characteristics. According to the present issue of the physical layer design requirements, select the respective conversion device specifications to design a suitable photoelectric conversion circuit. Finally, build relevant hardware circuit, prepared in accordance with the requirements of the program, after loading procedures, communication between the microcontroller through a plastic optical fiber.

In this paper, CAN bus with plastic optical fiber as the medium of communication for a more detailed study is a major step plastic optical fiber as a new medium, can provide some suggestions on the research of CAN bus communication.

Key Words：Fieldbus; plastic optical fiber; data communications; transmission medium; CAN bus

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 本课题的研究背景 1

1.1.2 塑料光纤通信优势 1

1.2 塑料光纤通信的国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 3

1.3 研究内容与主要工作 4

第2章 现场总线通信设计 5

2.1 现场总线简介 5

2.1.1 CAN总线优势 5

2.1.2 CAN总线应用特性 6

2.2各器件选型 7

2.2.1 MCU选型 7

2.2.2 CAN控制器选型 8

2.2.3 CAN收发器选型 9

2.3 硬件电路设计 9

2.3.1 CAN接口电路设计 9

2.3.2 硬件抗干扰设计 11

2.3.3 232转TTL电路设计 12

第3章 塑料光纤物理层设计 14

3.1塑料光纤物理特性 15

3.1.1 传输特性 15

3.1.2 衰减率测量 16

3.1.3 带宽测量 17

3.2 器件选型 18

3.2.1 CAN转串口选型 18

3.2.2 串口转塑料光纤选型 19

3.3光电转换电路 20

3.3.1 前置电路的设计 20

3.3.2 主放大电路的设计 21

3.3.3 电路的优化设计 22

第4章 上下位机软件设计 23

4.1 下位机软件设计 24

4.1.1 下位机软件开发环境 24

4.1.2 CAN控制器SJA1000初始化程序 24

4.1.3 CAN转232通信 25

4.2 上位机软件设计 26

4.2.1 CAN总线仿真资源编辑功能 26

4.2.2 CAN总线仿真资源存储功能 27

4.2.3 CAN总线上下位机通信功能 28

第5章 总结与展望 28

5.1 总结 28

5.2 展望 28

参考文献 29

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 本课题的研究背景

近年来，信息技术的飞速发展以及通信、网络技术、计算机的相互渗透，使得信息交换正以空前的速度广泛应用到各个领域，传统的RA232等通信标准早已无法满足现代社会对通信的巨大需求，而现场总线凭借它的开放性、多点通信、数字化及造价低廉的特性，受到越来越多用户的喜爱和应用。其中控制器局域网总线（CAN，Controller Area Network）是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，是世界上应用最广泛的现场总线之一，它是由德国公司为实现汽车中庞大的数据交换而开发的，在其后的二十年里以前所未有的速度发展，大量采用它的控制网络问世。如德国Bosch公司、德国宝马公司（BWM AG）、美国戴姆勒·克莱斯勒（Daimler Chrysier）、我国上海大众生产的POLO轿车，以及现代各种高速大容量实时控制系统等。而由于其在数据通信方面的高可靠性、高性能以及独特的设计而越来越受到人们的重视，被广泛应用于更多其它领域，如航空业、工业控制、安全防护等。

目前，大多数的CAN网络的传输介质都是双绞线，在比较复杂的控制现场中，自身电气系统和周围环境若产生强电磁干扰，则可能会导致总线无法正常工作，甚至出现瘫痪，这就迫使一些应用场合对信号传输的介质提出更严格的要求。于是，由于石英光纤具有较好的抗电磁干扰能力，且在情况复杂的现场中都能实现高质量、高效率的数据传输，所以它作为新兴的传输介质崛地而起。与双绞线相比，石英光纤具有众多优势：化学稳定性好、不导电、抗电磁干扰能力强等。然而，由于石英光纤弯折性不好，在很多场合的使用都受到了限制，因此，寻找一种抗电磁干扰能力很强，又能在各种场合中随意使用的新型通信材料成为目前通信研究的重中之重。