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2024年7月23日发(作者:)

43

卷第

6

电子器件

Chinese

Journal

of

ElccLron

Devices

Vol.

43

No.

6

2020

12

Dec.

2020

Research

of

CAN-MODBUS

Communication

in

Double

Door

Elevator

Controller

*

YAN

Hui

*

,

DENG

Xiaolong

,

KONG

Dewen

(Integrated

Circuit

Manufacturing

Equipment

Engineering

Technology

Research

and

Development

Center

,

Jiangsu

College

of

Information

Technology

,

Wuxi

Jiangsu

214153

,

China)

Abstract

Taking

CAN

bus

as

the

communication

backbone

network

of

Lhe

double

door

elevaLor

conLroller

,

Lhe

hard

­

ware

selecLion

of

each

sub

controller

is

carried

out

,

and

the

communication

system

of

the

elevator

controller

is

built

;

the

BasicCAN

working

mode

is

selected

,

the

floor

controller

is

planned

to

send

buffer

data

,

and

the

CAN-MODBUS

communication

protocol

is

customized

by

combining

the

MODBUS

protocol

and

the

CAN

information

frame

structure

,

which

is

compatible

with

CAN

2.0A

communication

protocol

,

and

CAN

communication

based

on

the

inde

­

pendent

CAN

controller

is

realized

,

Combined

with

floor

control

process

the

bus

timing

parameters

and

acceptance

shielding

parameters

in

CAN

communication

are

studied

and

analyzed

to

obtain

the

parameters

of

floor

controller.

The

research

shows

that

according

to

the

custom

CAN-MODBUS

protocol

,

the

double

door

elevator

control

system

based

on

CAN

communication

achieves

fast

and

reliable

data

transmission.

Key

words

:

CAN-MODBUS

elevator

controller

Bus

timing

acceptance

shielding

BasicCAN

mode

SJA1000

EEACC

1210

doi

:

10

3969/j

issn

.1005-949

0

2020

06

041

双开门电梯控制器中

CAN-MODBUS

通讯研究

*

严惠

*

邓小龙

孔德文

(

江苏信息职业技术学院集成电路制造装备工程技术研究开发中心

江苏无锡

214153)

CAN

总线为双开门电梯控制器通讯主干网

进行了各分控制器硬件选型

搭建了电梯控制器通讯系统

选用

BasicCAN

工作模式

规划楼层控制器发送缓冲区数据

结合

MODBUS

协议以及

CAN

信息帧结构自定义

CAN-MODBUS

通讯协

,

能兼容

CAN2.0A

通讯协议

实现了基于独立

CAN

控制器下的

CAN

通讯

;

结合楼层控制工艺

研究分析了

CAN

通讯中总线

时序参数与验收屏蔽参数

以此获取楼层控制器的参数值

通过研究表明

按照自定义

CAN-MODBUS

协议封装数据

基于

CAN

通讯的双开门电梯控制系统实现了快速可靠的数据传输

关键词

CAN-MODBUS

电梯控制器

;

总线时序

;

验收屏蔽

;

BasicCAN

模式

;

SJA1OOO

中图分类号

:

TP39

TP391.8

文献标识码

:

A

文章编号

:

1005-9490

(

2020

)

06-1417-06

性无法保障

[7]

o

CAN

(

Controller

Area

Network)

电梯作为重要的代步工具

为人们生活带来了

很大的便利

,

电梯可靠性和实时性需求度也在提高

,

线属于总线式串行通信网络

完善的错误检测和处

理机制

确保了数据链路层数据传输可靠性

[8-9]

;

智联网时代下电梯智能化水平得到了很大的发展

尤其是电梯的控制方式

人机远程监控

电梯的通讯

荷带来的延时差异具有相同的统计特性

确保了通

信的实时性

[l0-ll]

o

电梯各分控制器物理位置分散

,

CAN

总线特性可满足电梯数据信息交互的实时性

技术也随着关键技术的攻破而提升

尤其是通讯技

,

作为电梯运行的动脉

,

通讯技术的发展在很大程

度上决定了电梯的工作性能

[

'-

6]

o

目前

电梯通讯

中常用的为

RS-485

总线

但传输的实时性与可靠

与可靠性

因此

本设计采用

CAN

总线作为电梯通

讯的主干网

项目来源

国家自然科学基金项目

(

1)

江苏省自然科学基金项目

(

1)

2019

年江苏省科技创新团队

项目

收稿日期

2020-02-20

修改日期

2020-04-24

1418

电子器件

43

1

通讯原理分析

SJA1000

是独立的

CAN

控制器

其与物理总线

进行多路比较匹配

,

适用于电机运行控制

故选择为

轿顶的控制器芯片

主控制器数据存储处理以及通

信数据量较大

故选用

LPC2292

为主控制器芯片

间接口选用

82C250

总线收发器实现

如图

1

所示

,

这两款芯片均自带

CAN

控制器功能

不作过多赘

楼层控制器

轿厢控制器采用普通的单片机作

通过将

CANH

CANL

引脚收发物理总线信号

RX

TX

引脚与

CAN

控制器信息交互

同一网络

中可挂接

110

个节点

为提高节点抗干扰能力

SJA1000

收发引脚通过高速光耦

6N137

进行隔离

SJA1000

为控制器

,

需配有独立的

CAN

控制器

SJA1000,

轿

厢与楼层

CAN

通讯实现方案相似

下面基于楼层控

制器进行独立

CAN

通讯研究

CAN

总线

CANL

CAN

6N137

RX

核心

82C250

模块

6N137

CANH

TXB

RXFIFO

1

CAN

通讯原理图

CAN

控制器由接口管理逻辑

(

IML)

发送缓冲

TXB

和接收缓冲器

RXFIFO

验收滤波器

ACF

CAN

核心模块主要由位流处理器

(BSP)

位时

序处理逻辑

(

BTL)

错误管理逻辑

(EML)

内部振荡

2

电梯控制器通讯网络结构图

器及复位电路等构成

IML

接收

CPU

的命令

发送

中断与状态数据予

CPU

CPU

通过控制

IML

将待

3

楼层控制器

CAN

通讯协议规划

CAN

总线有

BasicCAN

PeliCAN

模式

[15]

,

发送数据写入

TXB

TXB

CPU

CAN

核心模块

BSP

接口

TXB

中数据由

BSP

处理后经

BTL

;

接收数据由

BSP

处理后

ACF

过滤

识别码通

据控制要求

本设计采用

BasicCAN

模式

CAN

线报文有数据帧

远程帧

错误帧和过载帧

四种格

式各不相同

数据帧是由发送器传输到接收器

;

ACF

检验后写入

RXFIFO,

数据再由

CPU

读取

EML

限制传输层错误

接收

BSP

的出错报告

并传

程帧则由总线单元发出

,

与数据帧相比

,

不包含数据

,

用于请求发送具有同一标志符的数据帧

;

错误帧

BSP

IML

[I2_I3]O

2

通讯网络架构

如图

2

所示为电梯控制器的网络架构图

电梯

则是检测到总线错误时发出

过载帧用于相邻的数

据帧和远程帧之间的附加延时

不属于错误帧

3.1

TXB

数据格式

配有后门控制

每一层电梯前后门均有操作面板

,

发送缓冲器数据格式如表

1

所示

字节

1

8

位和字节

2

的高

3

位为

11

ID

结合电梯楼层控

乘客根据乘坐要求选择目标楼层

各控制器之间数

据交互通过

CAN

总线进行

因输入输出口数量原

轿厢和主板控制器增加了扩展板

扩展板与对应

的主体板采用

RS-485

总线进行数据传输

制器来说

,

当传输信息时

设置

ID=(floor^3)

,ID

值为

floor

(

楼层号

)

左移

3

低位补零

,ID

一共有

11

ID

的高

8

位为楼层编号

该数据通过

ACF

基于性价比与工艺要求因素

其中轿顶

主控制

器采用的是

ARM

单片机

,

LPC2119

芯片因定时器能

字节号

字节

1

字节

2

字节

3~10

过滤后方能接收

当有多个数据传输任务时

,ID

代表了仲裁优先级

数值越小

,

优先级越高

1

发送缓冲器列表

76

5

4

3

2

DLC.2

1

0

DLC.0

ID

8

ID

3

RTR

DLC.3DLC.1

TX

数据字节

1~8

RTR

为远程发送请求位

若为数据帧

RTR

=

0

若是远程帧

RTR=1

O

DLC

为数据字节数

线数据类型

包括写位

读位

写字

读字

字节

4

5

分别存放地址低

8

位与高

8

字节

6-10

为其他

为数据帧

,DLC

=

DLC.3

*

23+DLC.2

*

22

+

DLC.1

*

21+DLC.0

*20,

若为远程帧

DLC

=

0

字节

3

为总

可定义内容

6

邓小龙等

双开门电梯控制器中

CAN-MODBUS

通讯研究

1419

3.2

自定义

CAN-MODBUS

协议

ID.2

-

ID.0

保留

,

默认为

0

RTR

表示数据类型

RTR

如图

3

所示

MODBUS

协议主要由地址域

能码

数据

CRC

校验组成

楼层控制器基于

CAN

线

结合

BasicCAN

数据帧结构

参照

MODBUS

协议

=1,

为数据帧

RTR

=

0,

为远程帧

DLC

DATA

的数据字节数

DATA

的数据分为两类

功能码

=

0x0

时表示为字

/

双字数据

,

功能码

=

0x1

时为位数

自定义了

CAN-MODBUS

协议

,

MODBUS

协议中的

若为双字

RegData1

为低

16

,

RegData2

地址域填入标识符域

CAN

协议中

CRC

校验由

CAN

控制器完成

因此

CRC

校验空缺

同时若不空

16

,

每个寄存器高

8

位在前

8

位在后

,

若为

则无

RegData2

,

报文长度超过了

CAN

数据帧长度

需要传送两

个数据帧实现

[7

'

16

-'

7]

o

3

中功能码

1

所在行表述

----------------------

MODBUS

串行链路

PDU

,

V

MODBUSPDU

为传送字与双字的数据域格式

,

功能码

2

所在行表

述为传送“

位数据

的数据域格式

地址域

|

功能码

|

数据

ByteO

Bytel

Byte2

Byte3

|

CRC

(或者

LC

Byte4

Byte5

Byte6

|

Byte7

结合楼层控制器控制要求

基于

CAN-MODBUS

协议数据帧规划如表

2

所示

ID.

10

=

0

为发送

ID.10=1

,

为接收

ID.9

=

0,

为前门

ID.9=1,

为后

功能码

1

功能码

2

字地址

位地址

保留

数据

数据

1

数据

2

3

MODBUS报文结构和

CAN

报文的

;

ID.9~ID.3

为楼层号

满足

63

层以下电梯使用

2

楼层通讯报文格式

ID.10

MODBUS

封装示意图

ID.9

/

ID.9

ID.3ID.2

ID.0

RTR

DLC

DATA

/

接收/发送

ByteO

后门

Bytel

楼层号

Byte2

报文类型

Byte4

DATA

字节数

Byte3Byte5

Byte6

功能码

1

功能码

2

寄存器编号

位编号

寄存器数据

1

寄存器数据

寄存器数据

2

4

CAN

控制器参数研究分析

4.1

总线时序参数研究分析

TSEG2

=

'

TSEG2

=2

2

xTSEG2.2+2

1

xTSEG2.1

+

'

SCL

2

0

xTSEG2.0+1

(5)

总线时序寄存器有

BTR0

BTR1,BTR0

用于写

上述表达式中参量即为

BTR

寄存器各位定义

,

如表

3

和表

4

所示

表3

BTR0

位定义

BIT7

入波特率预设值

BRP

和同步跳转宽度

SJW

数值

;

BTR1

写入周期长度

采样点以及每点的采样数目

SAM

=

0

则为单次采样模式

,

TSEG2

M2,

SAM=1

为三次采样模式

,TSEG2M3

O

数值表达式如下

BRP

=

2

5

xBRP.5+2

4

xBRP.4+2

3

xBRP.3

+

BIT6

SJW.0

BIT5

BIT4

BIT3

BIT2BIT1

BIT0

SJW.1

BRP.5

BRP.0

表4

2

2

x

BRP.2+2

'

x

BRP.1+2

0

x

BRP.0+1

SJW

=

=

2

xSJW.1+2

0

xSJW.0+1

(1)

(2)

BIT7

SAM

BTR1

位定义

BIT6

BIT5

BIT4

BIT3

BIT2BIT1

BIT0

'

sCL

式中

t

sjw

为同步跳转时间

SJW

含义是同步跳转

宽度

CAN

总线时钟周期

'

scl

值通过调整预分频因数

BRP

对振荡器时钟周期

'

CLK

分频获得

TSEG2.2

TSEG2.0

TSEG1.3

-

TSEG1.0

一位数据传输时间即标称位定时如,额定位定

(NBT)

值为

NBT=

=

SYNC

.

SEG+TSEG1

+TSEG2

'

SCL

(6)

(7)

(8)

'

s

CL

=

BRP

x

2

'

clk

=

f

较之多两个采样点

2xBRP

CLK

(3)

'

Bit

=

'

s

YNC

_

SEG

'

t

SEG1

'

t

SEG2

式中

:

'

SYNC_SEG

是同步段时间

等值于

'

SCL

SYNC_SEG

1

+

+

单次时采样位置在

TSEG1

末端

,

三次采样模式

TSEG1=

'

TSEG

'

=

2

3

xTSEG1

.3+2

2

xTSEG1

.2

+

将式

(3)

代入式

(6)

NBT

=

'

Bit

2xBRP

'

SCL

2

1

xTSEG1.

1

+2

0

xTSEG1.0+1

(9)

(4)

/cLK

1420

电子器件

43

NBTxBRP=

=

同步跳转宽度

SJW

的时间表示为

t

S

j

W

,SJW

2x

t

CLK

2x

f

(10)

在重同步事件中增长或缩短的位周期的最大

TQ

,

TQ

为时间单位

Bit

由式

8

可知

:

TSEG1M1,

由式

4

SYNC_

SEG=1,

又因单次采样模式时

,

TSEG2M2,

故由式

6

同步跳转宽度以及位定时段的取值如下

其中

SJW

mi

TSEG2

””

采用进一取值

,

TSEG2

mai

采用舍一

可得

NBTM4

三次采样模式时

,TSEG2M2,

NBT

M5

取值

:

SAM

=

0

=

MAX

20xNBTxAf

min

=

1-Af

1-4f

{

20xNBTx

4f

+

1

-

Af

-

P

RO

P

m

n

}

i

1+Af

1+4f

(11)

SJW

mai

=

4

TSEG2

min

=MAX{2,SJW}

8

TSEG2

mai

=MIN

<

NBTx(1-25xAf)-PROP

mai

1-

1-4f

NBTx(1-25xAf)

-PROP

mai

-(1-Af)

+0.5xPROP

SAM

=

1

SJW

=

MAX

20xNBTxAf

min

=

1-Af

1-4f

SJW

mai

=

4

{

20xNBTx

4f

+

1

-

Af

-PROP

m

n

}

i

1+Af

1+4f

(12)

TSEG2

min

=MAX{3,SJW}

8

TSEG2

mai

=MIN

-

4.2

楼层控制器总线时序参数

NBTx(1-25xy

)

-PROP

**

-2x(

1-Af)

1-4f

NBTx(

1-25xAf)

-PROP

mai

-3x(1-Af)

+0.5xPROP

mui

1-4f

SJW

MAX

(

楼层控制器的位速率为

666

kbit/s

采用

11.059

2

MHz

晶振

,

PROP

=2,Af

=1%,

PROP

**

=

3.3

由式

10

:

20x4x0

01

,

20x4x0

01

0

+1

0

-

01-2

}

1-0.01

'

1+0.01

MAXj0.8,-.02|

=1(

进一取值

)

NBTxBRP

=

11.059

2x1

000

000

寸曲

=8

取整

2x666x1

000

SJW

""

=

4

TSEG2

min

=MAX{2,SJW}

TSEG2

mai

=

NBT

BRP

为整数

则两者组合只有

8x1

1x8

4x2

2x4

四种

,

又因当

SAM

=

0

,NBTM4

因此两者

取值组合有

NBT

=

4,BRP

=

2

NBT

=

8,BRP

=

1

8

MIN

<

4x(1-25x0.01)-3.3

1-0.01

SAM=

1

,NBTM5

因此两者取值组合有

NBT

=

8,BRP

=

1

O

4x(1-25x0.01)-3.3-(1-0.01

)

+0.5x2

1-0.01

J

NBT=4,BRP

=

2

SAM

=

0

,

将数值代入式

11)

可得

.

MIN{8,-1,-3}

=-3

舍一取值

TSEG2max<0,

则该组合不合理

NBT

=

8,BRP=1

SAM

=

0

,

将数值代入式

11

可得

6

邓小龙等

双开门电梯控制器中

CAN-MODBUS

通讯研究

1421

MAX{

20x8x0.01

20x8x0.01+1-0.01-2)

1-0.01

,

'

1+0.01

}

MAX{2,1}

=2(

进一取值

)

SJW

miI

=4

TSEG2

min

=

MAX

j2,SJW}

=

SJW

TSEG2

miI

=

r

8x(

1-25x0.01)-3.3

'

MIN

1-0.01

|

8x(

1-25x0.01)

-3.3-(

1-0.01

1-0.01)

+0.5x2

}

=

,

MINj8,2,2|

=2

TSEG2

的范围为

SJW,2

,

又因

SJW

范围为

2,

4

所以

SJW

=

2,TSEG2

=

2,

由式

(2)

:

SJW.0

=

1,SJW.1

=

0

由式

(

1)

(

BRP.0~BRP.5)=

0

因此

BRP0

=

(01000000)

2

=

0X40

由式

(2)

:

SJW.0

=

1,SJW.1

=

0

由式

(

6)

与式

(

8)

可知

TSEG1+TSEG2

=

NBT-

SYNC_SEG

=

8-1=7

因此

,

TSEG1

=

5

据式

(4)

与式

(

5)

可得

(

TSEG1.3~TSEG1.0)

=

0100,(

TSEG2.2~TSEG2.0)=

001

因此

BRP1

=

(00010100)

2

=0X14

NBT

=

8,BRP

=

1

SAM

=

0

同理将数值代入

(

12)

可得

:

f

SJW

mi„

MAX{

20x8x0

.

01

,

20x8x0

.

01

+

1-

0.

01-2

=2

1-0.01

1+0.01

SJW

ma.

=4

TSEG2

min

=

MAXj3,SJW}

TSEG2

'

8

8x(

1-25x0.01)

-3.3-2x(

1-0.01)

MIN

1-0.01

8x(

1-25x0.01)

-3.3-3x(

1-0.01)

+0.5x2

>

=0

1-0.01

TSEG2

max

mi

此组合不合理

综上三种可能性分析

总线时序参数寄存器

BTR0,BTR1

寄存器值

0X40,0X14

4.3

Basic

CAN

模式下验收屏蔽寄参数研究分析

信息发送后是否予以接收

需进行验收滤波

,

CAN

控制器只接收标识码与验收滤波寄存器预置

值相同的报文

同时通过

CAN

控制滤波

减少了

CPU

的运行负担

在应用时

验收滤波值由验收代码寄存器

ACR

与验收屏蔽寄存器

AMR

进行设置

当收到的信息

ID

值的高

8

位与

ACR

的高八位完全相同时

报文为有效报文

对于

AMR

而言

,

若所在位为

1,

无论接收的

ID

对应位为何值

,

都应无条件接受

所在位为

0,

则是否接收

ACR

决定

AMR

=

(01100111)

2

,ACR=

(

10110001

)

2

,

ACR

的第

0

4

5

7

值为

1,

ID.

0

ID.4

ID.5

ID.

7

的值无论为

何值

,

不影响报文接收与否

只要

ID.1=

AMR.1

ID.2

=

AMR.2

ID.

3

=

AMR.

3

ID.

6

=

AMR.

6,

则报文予以

接收

否则不予接收

楼层控制器设计时各个楼层只接受所在层信

因此

在设置该参数时候

,

只要

ACR

=

(

FloorV

3)

,ID

值为

floor(

楼层号

)

左移

3

AMR

=

0,

即可

过滤掉非本层的无效信息

[18]

o

5

运行调试

楼层与轿厢控制器调试时将

MedWin

编译环境

下的代码程序生成

HEX

文件

通过

SL-ISP

下载工具

将文件下载到控制芯片中

轿厢内的乘客按下目标

楼层时

如位置为

10

层以下

扩展板不作用

,

当目标

楼层为

10

层以上

通过按下按钮触发调键短接

扩展

板工作

当有乘客按下上下行按钮或发送锁梯

消防

等信息时

通过

CAN

总线发出信号

发送时由控制器

首先判别发送序列中任务是否都发送完毕

,

缓冲区是

否锁定

仅当发送缓冲区释放后方可将数据写入发送

缓冲区

;

写入数据时

,

判定数据类型

,

确定写入缓冲区

数据长度

,

将数据写入缓冲区后

,

启动发送命令

主板控制器根据轿厢当前位置与电梯运行方向

信号将数据发送给楼层控制器

楼层控制器接收到

CAN

中断到来时

对数据进行接收处理

:

若为错

误中断

则进入错误处理流程

;

若为目标中断

根据

ID

值判别报文的有效性

,

若为有效信息

,

则解析数

据类型是远程帧还是数据帧

,

并确定数据长度

,

从缓

冲区中提取保存数据

释放缓冲区用于接收下一条

数据

通过对接收数据的解析

数码管与显示屏幕

进行信息显示

如当前楼层

电梯运行方向

是否超

故障信息等

轿顶控制器单次发出信息且成功接收应答信息

方表明信息发送成功

当轿顶控制器检测到信

息并判断为有效信息后通过

CAN

总线发送至主控

制器

,

主板接收到信息后并回应

如当数据为开门

到位

则主板控制电机停止继续开门

当数据为当前

乘客载重时

主板分析后确定是否超载

如超载则发

送给轿厢控制器

显示屏幕显示以提醒乘客

同时发

送回应信息与轿顶控制器

1422

电子器件

43

经调试测试可知

按照

CAN-MODBUS

协议封

装数据

,

按照研究结论设置总线时序参数

优先级和

滤波等条件

,

能有效地实现信息的过滤

,

当有多个节

点同时发送数据时

优先级高的信息不受影响

继续

传送

,

低优先级的则主动排队等待

仲裁时间大大缩

从而提高了

CAN

总线的利用率

CAN

总线

应用于有前后门的

63

层电梯控制器中

能快速可靠

实现数据传输

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本文标签: 控制器电梯数据总线