随着计算机硬件、软件水平的提高及集成电路制作工艺的迅速发展，计算机控制已经从模式化的控制阶段成长到灵活的现场总线控制阶段。由于现场总线技术的出现和发展，对工业控制领域产生了巨大影响，其也己成为现今自动化技术领域中最具竞争力的一个分支。也标志着工业控制技术领域开始了一个全新的时代。在这一现状下，CAN总线（Controller Area Network）凭借其在数据通信过程中所具有的高效的数据处理能力、灵活的自由通信模式及可靠的错误处理能力等特点迅速崛起，目前已在各种工业现场得到广泛应用。CAN是一种多主机局域网，它是由BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的，凭借着良好的可靠性、卓越的灵活性，现已被广泛应用于工业自动化领域、建筑、环境控制等众多领域。

在国外，CAN总线技术发展迅速，被广泛地应用于汽车领域，奔驰S型系列就采用了CAN总线系统，美国商用制造商也将注意转向这一具有良好发展前景的现场总线领域，而且由于CAN总线所具有的高可靠性与安全性能，医疗器械，电梯控制系统等领域也广泛采用了CAN总线技术，小至家用电器，大到智能小区的安防系统等。开发者正是看中了CAN总线机制的节点访问相对自由，通信速率符合要求的同时价格又相对低廉等优越的特性，才使得CAN总线技术在各个领域得到了迅速的推广。为促进CAN总线技术的发展，1992在欧洲成立了Ci A(CAN in Automation)，大量公司加入了 Ci A。Ci A不只将CAN总线技术推广到汽车电子控制系统领域，还推广到与生活相关的电梯监控系统中，并将CAN总线技术引入到了医疗仪器、纺织机械、船舶运输等领域，同样得到了很好的实用效果，满足性能要求的同时，节约了成本。从国内CAN总线技术的应用发展程度上来看尚属起步阶段，主要集中应用于汽车网络领域，医疗设备领域，工程控制领域。国内在技术，设计和应用方面对CAN网络总线的研究已经不断开展起来。目前，我国工业控制系统中，低端设备控制系统大多是分散式的，各个测控点间的沟通基本靠工作人员协调，实时性和效率都比较低下；中端设备多采用集中式控制系统控制，这种系统的弊端是当主机出现故障时会造成整个控制系统的瘫痪。在这种情况下，现场总线的出现和运用就可以很好地解决这一问题，因此，作为公认极具前途的现场总线之一CAN总线恰好顺应了工业控制体系完整发展的趋势，具有了更高的推广和研究价值。跟随者国际化市场的发展要求，国内的自动化系统与设备向着现场总线体系结构方向发展，现场总线技术也向着商业和实施阶段迈进。

但是由于CAN驱动器的驱动能力有限,CAN总线能够驱动的节点数有限,一般在100个左右,同时会随着传输距离的增加,最高传输速率会下降,如果距离过长会引起信号丢失、反射等故障。随着随着通信距离的增加,通信速率迅速下降,而CAN总线的驱动节点数量也次第下降。而在通信距离远,通信节点多的大空间场所,比如矿井、电力监控等系统需要CAN总线来传输数据和监控信息的场所,CAN总线不能满足要求。如果要实现通信距离远、通信速率高、总线节点数量多CAN总线系统,实现CAN总线的扩展,就需要一个CAN网关进行桥接,把CAN总线划分为几个子网,增加CAN总线通信节点,延长CAN总线的传输距离,提高CAN总线的传输速率。目前现场CAN总线驱动节点数量有限,通信速率随着通信距离的增加快速下降,在通信节点数量大、通信距离远的大空间场所不能应用。因此开展了该课题的设计研究。

2. 研究的基本内容与方案

本次设计通过对一个数控系统CAN总线的通信数据的分析，设计出一款数控主机的CAN总线数据汇集器，将多个扩展模块的数据汇集起来显示或控制，扩展模块具备16个开关量输入16个开关量输出，汇集器至少要汇集16个模块的数据，达到256个输入和256个输出。CAN总线是可同时连接多个单元的总线，可连接的单元总线理论上是没有限制的，但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。本次研究拟采用的技术如下：

（1）对现有的CAN总线技术进行归纳总结，重点研究了基于STM32的CAN总线数据汇集方法，通过分析对比现有研究成果，提出存在的主要问题以及下一步研究工作。

（2）选择合适的硬件开发芯片，完成硬件电路设计。每个扩展模块选用内部集成CAN控制器功能的STM32F103作为硬件平台的主控芯片，其总线节点的硬件构成是带有CAN控制器的主控芯片与CAN收发器TJA1040连接，挂接到CAN总线上。再将16个数据扩展模块汇集到CAN总线上，形成CAN总线网络拓扑结构。

单个模块内部部分电路：

a. 内部集成CAN控制器功能的STM32F103主控芯片与CAN收发器TJA1040电路连接图

STM32F103CAN引脚