1 引言

现场总线技术是用于现场仪表与控制系统之间的全分散、全数字化、智能、双向、百联、多变量、多点、多站的串行通信系统。CAN-bUS总线是国际上应用最广泛的现场总线之一。国内CAN-bus总线应用广泛，但大多数对CAN-bus总线的应用还处于基础阶段，没有真正发挥CAN-bus总线实时、可靠的优势，主要体现在应用层协议的选择。目前占领市场的两个应用层协议是DeviceNet协议和CANopen协议。但两者规范比较复杂，理解和开发难度较大，用户在前期开发阶段需投入大量的资金和人力，不适用于简单的基于CAN总线控制网络。因此就有必要开发一种简单可靠的CAN高层协议，以适用于CAN总线简单应用场合，由此诞生了iCAN系统及iCAN协议规范。

2 iCAN系统及iCAN协议规范

2.1 iCAN系统

iCAN系统全称为"工业CAN-bus现场总线控制系统(Industry CAN-bus Fieldbus Control System)"，是一种基于CAN-bus的现场总线控制系统。iCAN系统提供一个低成本的通信链路，主要用于实现CAN-bus应用中的通信控制和数据采集。iCAN系统具有构建灵活、结构简单、成本较低的优点，由于采用CAN-bus总线，iCAN系统还具有良好的可靠性和稳定性。同时，还具有易于组态，安装、运行、维护简便的特点。它使用CAN-bus总线将工业现场设备(如传感器、仪表等)与管理设备(PC、工控机、PLC等)连成网络，无需昂贵的连接线路。iCAN系统主要由iCAN协议、iCAN系列功能模块和PC-CAN接口卡构成。

2.2 iCAN协议

iCAN协议全称为"Industry CAN-bus Application Protocol"，是现场总线CAN-bus的最新应用层协议之一，具有理解简单、易于实现、实时可靠的特点。它采用与CANopen、DeviceNet协议基本相同的连接管理方式，删除了较复杂的握手管理、资源分配等内容，并使用预定义数据组合方式管理CAN-bus总线上的节点。它在汲取DeviceNet和CANopen协议精粹的基础上，充分继承发展了基于连接和对象寻址两种核心功能。支持多种传输方式，包括轮询方式、状态触发方式以及定时循环方式，还根据实际情况，除去了诸如复杂的基于对象模式、通信波特率限制等因素，以高效精练的协议，保证数据通信的可靠性、实时性，有效降低了硬件成本。iCAN协议授权支持行业客户免费使用，开发基于iCAN协议的产品不需要支付额外的协议费用。

3 iCAN系列功能模块原理

3.1模块型号简介

表1为iCAN功能模块型号表。iCAN功能模块集成有CAN-bus通讯接口和iCAN应用层协议，提供DI、DO、AI、AO、RTD、TC、计数器、频率计等数据采集功能，为主控PC与现场设备之间提供完整的信号采集与通讯功能。 3.2模块内部结构(以iCAN-4050模块为例)

iCAN-4050功能模块原理框图如图1所示，是由微处理器、电源、CAN通信接口、设置开关以及输入／输出处理电路组成。根据模块功能不同，有些模块采用8位的单片机作为微处理器，有些采用16位甚至32位的ARM微处理器。而在CAN通信接口的设计采用独立的CAN控制器SJA1000T与微处理器相连。不同模块的输入／输出电路都是根据自身的功能设计。为了提高模块的抗干扰性，有些模块的微处理器和输入／输出单元之间采用光电隔离(HllLl光电隔离器件)避免外界干扰噪声。采用直流电源供电，供电电源范同是+10 V～+30 V。因此，即使在工业现场电源电压产生波动，模块也能获取稳定的工作电源。模块电源同时提供反接保护，以防止因电源的接线错误而导致模块损坏。

模块工作时，将输入的电压型数字信号或无源触点信号经训理后，送人微处理器，通过CAN总线通信将输入的数字信号状态传送到网络中的主控设备，主控设备可通过CAN总线将输出的数字量状态传送到模块，控制外部开关。通过运行硬件看门狗监控模块，防止模块死机，有效提高模块的可靠性。

4 起重力矩限制系统中的应用

4.1系统简介

起重力矩限制系统是汽车起重机控制系统 的一个重要组成部分。系统通过对起重机械中长度传感器、角度传感器以及压力传感器等输出数据分析处理，实时监控系统工作时起重力矩，保证起重机工作在安全状态下。而且系统能够实时记录起重机作业中的危险工况，为事故的分析处理提供可靠依据。系统要求能够实时采集长度传感器、角度传感器以及压力传感器的输出数据，其中长度传感器、角度传感器以及压力传感器的信号输出类型主要为电压或电流信号，传感器信号共有4路。此外系统要求提供4路数字量输出通道。