浙江大学
硕士学位论文
基于CAN总线的智能流量检测仪表与系统的研究开发
姓名：夏冠华
申请学位级别：硕士
专业：机械制造及其自动化
指导教师：邬义杰
2002.2.1
浙江大学颐十学位论文
恐《３９９７０
摘要
本文在分析国内外电磁流量计发展现状的基础上，综合应用新型微处理器、计算机软硬件及现场总线技术，开发集电磁流量传感器、转换器、积算仪于一体的基于ＣＡＮ总线的智能流量检测仪表与系统。伪满足电磁流量检测仪表与系统发展需要，增强系统开放性、可靠性和通讯功能，首次将ＣＡＮ总线技术应用到电磁流量检测仪表系统中，对提高我国电磁流量检测技术水平其有积极意义和重要应用价值。硬件实现中，提出可编程励磁新技术，同时对小信号放大、Ｖ／Ｆ转换、量程自动切换、电源监视和掉电保护及ＣＡＮ通讯接口等重要电路作了洋细分析和设计。系统软件丌发中，提出引用Ｗｉｎｄｏｗｓ消息驱动程序设计思想构建单片机系统软件体系结构的新思想，并基于此思想建立了本项目控制软件体系结构，开发出具体软件功能模块。最后对项目进行了系统总成和测试及总结和展望。哆
第一章回顾了电磁流量计发展历史，综述了其技未发展动向和应用现状，介绍了现场总线仪表系统产生的原因、特点、发展趋势和作用。最后根据目前国内外电磁流量计发展现状及实际需要，论证开发基于ＣＡＮ总线的智能流量检测仪表系统的必要性及其意义，并给出本文的研究内容及总体安排。
第二章介绍了电磁流量计的基本原理和ＣＡＮ总线技术基础，并针对ＣＡＮ总线的特点重点研究分析了其协议的分层结构、技术规范、报文传输、帧结构及ＣＡＮ总线接口电气连接方式等内容
第三章根据本项目实际应用情况以及用户要求，对项目进行了任务分析，确定设计原则，同时对电磁流量仪表系统开发所涉及到的相关技术进行了分析、研究、比较和论证，提出使用可编程励磁新技术，确定了系统各功能模块所采用的技术实施方案，建立了基于ＣＡＮ总线的智能型、一体式电磁流量检测仪表系统的总体结构，并分析了系统各组成部分的作用。
第四章根据系统设计任务、设计原则以及总体设计方案重点介绍了小信号放大电路、模数转换、可编程励磁技术、量程自动切换、ＣＡＮ通讯接口以及系统抗干扰等硬件功能模块电路设计。
第五章介绍了消息驱动思想产生的背景，阐述了Ｗｉｎｄｏｗｓ消息驱动工作原理，提出引用Ｖ／ｉｎｄｏｗｓ消息驱动程序设计思想构建单片机系统软件体系结构的新思想，并在此思想的指导下建立了本项目软件开发体系结构，开发出项目软件功能模块。
ｆ第六章在前面工作的基础上进行了系统总成和测试试验。
羚七章对全文工作进行总结和展望。、ｊ
关键字电磁流量计，ＣＡＮ总线ｊ单片毗积算仪，励磁技术，ｖ／Ｆ转换器ｉ消启冯Ⅸ动，、
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａｆｔｅｒｈａｙｉｎｇａｎａｌｙｚｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｏｗｍｅｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
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Ｉｎｃｈａｐｔｅｒ２，ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｏｗｍｅｔｅｒｈａｓｉｃｐｒｉｎｃｉＰｌｅａｎｄＣＡＮｂｕｓｂａｓｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉＳｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＩｎａｌｌｕｓｉｏｎｔｏＣＡＮｂｕｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｒｉｔｅｒｉｏｎ，ｍｅｓｓａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．ｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＣＡＮｂｕｓｉｎｔｅｒｆａｃｅｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｍｏｄｅ．
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Ｉｎｃｈａｐｔｅｒ６，ｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎａｎｄｔｅｓｔ．
Ｉｎｃｈａｐｔｅｒ７，ｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｏｆｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｏｗｍｅｔｅｒ．ＭＣＵ，ＣＡＮｂｕｓ．ｆｌｏｗｔｏｔａｌｉｚｅｒ
ｅｋｅｉｔａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｖ／Ｆｅｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ｍｅｓｓａｇｅ—ｄｒｉｖｉｎｇ．
第一章绪论
【内容摘要】本章在综述电磁流量计的发展历史、技术发展动向和应用现状的基础上，介绍了现场总线仪表系统产生的原因、特点、发展趋势和作用。最后根据目前国内外电磁流量计发展现状及实际需要，论证开发基于ＣＡＮ总线的智能流量检测仪表系统的必要性及其意义，并给出本文的研究内容及总体安摊。
§１．１电磁流量计发展历史
§１．１．１电磁流量计发展的历史乜”２”１１
大家知道，当导体在磁场中作切割磁力线方向运动时，就会产生一个方向与磁力线和导体运动方向垂直、大小与磁感应强度和导体运动速度成正比的感应电动势。这就是英国物理学家法拉第在１８３１年发现的电磁感应定律。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律研制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。
１８３２年，法拉第在英国泰晤士河滑铁卢桥两头放下两根电极，想利用地磁场以河水作为导体来测量河水的流量，这是世界上最早利用电磁感应原理测量流量试验。可是当时测出来的感应信号未能反映河水的流量，而全是于扰信号。后来有人分析法拉第失败原因时认为，感应信号的失真不仅与电化学的极化作用和热电效应的影响有关，而更重要的是当时测量技术落后所致。
到１９１７年，史密斯和斯皮雷安曾将电磁感应原理用于制造船舶测速仪，并且应用交流磁场来消除极化作用。１９３０年，威廉斯等人对电磁流量计工作原理进行了数学解释，分析被测液体流速在测量管横截面上各点分布不均匀性以及液体的导电率对感应电势的影响，同时也解释了在电磁流量计中可能产生干扰的一些原因。自此以后，才有了比较系统的电磁流量计基础理论。但他们的研究大多属于理论分析，还不能做出有实用价值的电磁流量仪器。
１９３２年以后，生物学家柯林等人根据法布伦的建议，利用电磁流量计来测量和记录瞬时动脉血液流量，并且获得成功。不过当时还只能作为实验室专用仪器，并没有得到广泛应用。
第二次世界大战以后，原子能工业有了迅猛地发展，因而测量液态余属的永磁流量计力得以发展起来，并在这些特殊工业的试验和生产中得到应用。但是，由于当时电子技术还没有得到相应的发展，因此，它的使用领域还不能扩大到一般的工业中去。
１９５１年，荷兰人首先在挖泥船上采用电磁流量计测量泥浆流量。后来，电磁流量计在美国一般工业中得到应用。ｉ９５５年，日本研制成功电磁流量计，并不断进行推广应用。
到了五十年代后期，由于电子工业飞速发展，自动化程度不断提高，尤其是电子计算机和程序控制系统在工业上开始应用，要求检测仪表除了更加稳定可靠、进一步提高精度外，还要求仪表的输出信号有统一标准，以便能方便、迅速地进行测量、控制、调节和数据处理。电磁流量计在用户需求的驱动下，经过不断改进而发展成为一种性能优异的流量仪表，并逐步在工业中得到广泛应用。
§１．１．２电磁流量计发展现状
一、技术发展动向
１、提高仪表智能性““““、“、”、６７－７２１。仪表的智能性主要是功能上的智能性，特别是近年来新型微处理器的出现和应用，使仪表通过软件控制和管理整个测量和工作过程得以实现，充分发挥出微机的功能和灵活性。另外，流量仪表的智能性还体现在空管检测、正／反向流量测量、小信号处理、非线性补偿、数字滤波、零点自校准等新功能的增加上。
２、提高励磁技术水平，改善测量性能“’“３““、４”４“５２－５４］ｏ测量精度和稳定性是电磁流量计的重要技术指标，并与所采用的励磁技术密切相关。随着电磁流量计和电子技术的发展，励磁技术也从直流励磁、交流励磁、低频矩形励磁发展到三值低频矩形励磁及双频励磁技术阶段，其目的就是为了减少干扰、提高检测精度和仪表零点稳定性。目前低频矩形励磁和三值低频矩形励磁已成为国外电磁流量励磁方式的主流。另外，国外还出现了可由微机控制励磁电压，可按被测流体性质选用所需励磁方式，并能根据各种励磁方式进行信号运算处理，准确地找出被各种噪声埋没的流量信号的智能电磁流量计。
３、增强信号处理能力，减小测量误差“““’７１－７Ｚ］ｏ智能化电磁流量计经降低励磁电流、改进传感器结构及其磁通分布密度，使其小型、轻量一体化的目标得以实现，但其单位流速电感也变得更小，而对于不同的测量介质，流量传导内阻变化很大，增加了信号处理的难度。随着微电子技术和计算机技术的进步，用高性能集成芯片和微处理器来提高信号放大处理精度、拓宽仪表检测量程、补偿检测误差及零点校准已成为当今仪表的发展方向之一。同时，在软件上采取非线性补偿和数字滤波等高级处理能力也是增强仪表信号处理能力、减少测量误差的一个重要举措。
４、提高系统的开放性““””－３７、“－‘２、“”’…。系统的开放性包括硬件电路开放性、软件结构开放性、通讯接口开放性以及人机界面开放性。增强系统开放性有利于系统功能扩展、仪表间的互联以及系统组网，更有利于操作和维护。随着现场总线技术发展和日趋成熟，流量仪表工业进入了新的发展时期。目前，国外各大公司纷纷推出新一代各具特色的智能化流量仪表，其中，基于现场总线的智能化电磁流量计的开发尤其引人注目。
二、应用现状ｎ５、２７、”’”１
电磁流量计是一种测量导电介质体积流量的计量仪表，它主要由电磁流量变送器、流量转换和处理仪表等部分组成。具有无节流阻流部件，不易堵塞，耐腐蚀性好，适用介质范围广；测量精度不受被测介质温度、粘度、密度、压力、比重等物理参数的影响，其示值与被标定的液体种类在一定的导电率范围内无关等特点。除可测量一般液体的流量外，还可测量液固两相流、高粘度液流及盐类、强酸、强碱液体的体积流量。可广泛应用于水泥、化工、轻纺、冶金、矿山、造纸、医药、给排水、食品饮料、制糖、酿造等工业技术部门，特别是在环保领域，电磁流量仪表已成为定量管理企业污水排放的有力手段。
电磁流量计在当代十大流量仪表品种（差压式、浮子式、容积式、电磁式、涡轮式、涡街式、超声式、科羁奥利质量式、热式和明渠式）中，销售金额和生产台数分别居于第３位和第４位。９０年代中期，世界范围电磁流量计销售金额约占工
业用流量仪表（不包括家用水表和家用煤气表）的１５％。ＦｒｏｓｔａｎｄＳｕｌｌｉｖａｎ市场信息公司（荚）估计，１９９４年全球销售台数为９．５一ｉ２．５万台之间，并且每年以２５％的比例增加。
当前国外著名电磁流量计专业生产厂有５０家以上，其中美国至少有１８家，德国和日本至少各有１０家，英国至少有５家。有竞争力和有一定生产规模的电磁流量计专业制造企业有：Ｂａｉｌｅｙ—Ｆｉｓｃｈｅｒ＆Ｐｏｒｔｅｒ、Ｋｒｏｈｎｅ，横河，Ｅｎｄｒｅｓｓ＋Ｈａｕｓｅｒ，ＡＢＢＫｅｎｔＴａｙｌｅｒ，Ｆｏｘｂｏｒｏ，山武，［３ｒｏｏｋ／Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ，Ｄａｎｆｏｓｓ，东芝，富士电机，Ｔｕｒｂｏｗｅｒｋ，Ｓｐａｒｌｉｎｇ等（大体上按市场占有率排序）。
我国电磁流量计在工业上应用始于６０年代初，其中上海光华仪表厂是国内首家提供产品的企业。目前国内仪表行业已可提供较为完整的系列仪表，其中最大口径已可做到３ｍ（上海光华?爱而美特仪器有限公司）。近年国内电磁流量计全国销售台数估计在８５００一１００００台之间，并且每年以３５％的比例增加。迄今我国至少有２ｌ家电磁流量计制造厂，产量排在前４位的是：上海光华?爱而美特仪器有限公司、开封仪表厂、上海横河电机有限公司和上海光华仪表厂，它们占有电磁流量计中国市场８０％左右的份额。
§１．１．３电磁流量计的优缺点
电磁流量计之所以能在较短的时间内得到较快的发展，主要与以下优点有关：１、变送器结构简单可靠，没有可动部分，也没有阻碍被测介质流动的节流部件，不会发生阻塞问题。因此，电磁流量计特别适用于测量液固两相介质，像带有悬浮物、固体颗粒、纤维等或粘性较大的导电性浆液，也可以用来测量泥浆、污水、矿浆、纸浆、化学纤维等介质流量。由于变送器的测量管直通无死角，便于清洗和灭菌消毒，因此，电磁流量计特别适用于食品、制药工业，如用来测量玉米浆、果酱、糖浆、药浆或血液等特殊介质的流量。
２、由于没有节流部件，被测介质在变送器的测量管内流过时几乎没有压力损失，仅有可忽略不计的沿程阻力。
３、电磁流量计是一种体积流量测量仪表，它不仅可测量单相导电性液体流量，也可测量液固两相介质流量，而不受被测介质的温度、粘度、密度、压力、比重以及导电率（在一定范围）等物理参数变化的影响。电磁流量计标定后就可以用来测量其它导电性液体或液固两相介质的流量，而不需附加修正值。这也是其它类型流量计所不具备的优点。
４、电磁流量计量程范围极宽，而且可任意改变量程。而孔板、文丘利管等类型的流量计其最大额定流量是由压差决定的。在设计计算时，按被测介质的各种参数选定，在使用中一旦参数改变，就会带来测量误差，甚至原先选用的流量计不能使用，这给使用者带来很多不便。电磁流量计只与被测介质的平均速率成正比，而与被测介质种类无关，这就给使用者带来很大方便。
５、电磁流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量瞬时脉动流量，而且线性好，可将测量信号直接用转换器线性地转换成标准信号输出。
６、耐腐蚀性能好。由于电磁流量计与液体接触的部分只有测量管衬里和电极表面，因此可根据被测介质的物理化学性质选择合适材料。
７、安装、使用维护方便，使用寿命较长。
尽管电磁流量计具有上述许多优异的性能，但在使用上也存有一定的限制。它的不足之处有：
１、电磁流量计不能测量气体、蒸汽以及含大量气泡的液体。
２、电磁流量计目前还不能测导电率很低的液体，如石油制品或有机溶剂等。
３、由于衬里材料和电气绝缘材料的温度限制，目前一般工业电磁流量计还不能测量高温介质。
此外，电磁流量计要求避免外界强磁场的干扰，并对仪表接地措施有一定的要求，如果处理不当，就会影响仪表的正常运行。
§１．２现场总线仪表
过程控制系统体系结构从第１代基地半自动检测系统、第２代单元组合仪表系统、第３代数字化集中控制系统发展到第４代ＤＣＳ系统［３６－５９１０与前３代相比，ＤＣＳ系统发生了质的变化，可以说是一次革命，但仍存在不少问题，如比较突出的兼容性问题。第一，供应商的系统各不相同，用户一旦选择，便完全处于一种功能需求和投资的被动地位：第二，ＤＣＳ中的各级通信虽然部分己采用ＩＥＣ的过程数据公路ＰＲＯｗａｙ标准，但仍基本属于按各制造商本身的通信协议工作的非开放系统。在管理级和监控级是数据总线通信，而处于现场的控制级与监控级通信则采用４—２０ｆＩｌＡ模拟信号。在一个ＤＣＳ系统中，现场仪表占得比例最大，数量最多，一对一的布线方式使系统庞杂，安装费用大，初期投资高。４—２０ｍＡ的现场通信方式，使管理人员、操作人员在管理级和监控级上不能直接获得现场仪表工作状态，不能直接对参数进行调整或改变运行方式。某些ＤＣＳ新产品即使软件硬件及功能得到很大改善，但由于４—２０ｍＡ现场通信方式，使其扩容和发展受到限制。
在这样的实际背景下，现场总线为现场设备接口智能化、网络化、标准化和低成本提供了可能性。以现场总线为基础的第５代过程控制体系结构呼之欲出。现场总线是过程控制技术、仪表技术和计算机网络技术３个不同领域结合的产物。当过程控制技术由分立设备发展到数据、设备共享，仪表技术由简单电子仪表发展到智能仪表，工业计算机网络技术由ＭＡＰ制造自动化协议网发展到现场网络技术时，必然会走向现场总线１５６－５９１。
现场总线的节点是现场仪表或现场设备，如传感器、变送器、执行器等。但它们不再是传统意义上单功能的现场仪表，而是有综合功能的微机化仪表。每台仪表内都有一台（或以上）微处理器，既有ＣＰＵ、内存、Ｉ／０接口、通信接口等，有非电量信号检测、变换、放大、处理等模拟电路，还有数据采集、控制输出等模数混合电路，具有硬、软件结合的技术优势和比传统仪表更为优越的性能。其综合功能可举例说明，流量变送器不仅具有流量信号变换和补偿功能，而且有ＰＩＤ调节和其它运算功能；调节阀不但能进行信号驱动和执行，还能做输出特性补偿、自校验和自渗断。用于过程自动化的基本现场仪表或设备如下：
ｌ、变送器，常用温度、压力（差压）、流量、物位和分析五大类变送器，每类又有很多品种。变送器既有检测、变换和补偿功能，又有ＰＩＤ控制和运算功能；
２、执行器，常用电动、气动两大类执行器。执行器的基本功能是驱动和执行，但内含调节阀输出特性补偿、ＰＩＤ控制和运算等功能，还有阀门特性、状态自校验和自诊断功能。
：３、ｊ监控发备，工程师站提供现场总线组态，操作员站提供工艺操作与监视，计算机站用于优化控制与建模。
现场总线仪表系统具有以下优点：
１、消除了４—２０ｍＡ模拟信号通讯瓶颈现象；
２、为用户提供更多功能：
３、减少Ｉ／Ｏ装置，降低布线量和安装成本
４、增强系统的自治性：
５、提高检测精度和鲁棒性；
６、用户拥有更大的选择权；
７、调试维护方便，使用寿命长。
总之，现场总线将使仪表的发展产生以下根本的变化：
ｌ、用多变量、双向、数字通信方式代替传统仪表的单变量、单向、模拟传输方式。
２、一对信号线只能连接一台模拟仪表的形式将变成一对信号线连接多台微机化仪表的形式。
３、多功能的微机化现场仪表代替单功能的现场模拟仪表。
§１．３本课题研究意义
流量检测仪表与系统可广泛应用于水泥、化工、轻纺、医药、造纸、给排水、食品饮料等技术部门，其产品的性能、质量和可靠性对上述企业的经济效益有着重要的影响。特别是近几年来，随着我国改革开放的进一步深入、社会经济的高速发展，大量的工业污水无序排放已严重影响到我国水资源环境和社会、经济的可持续发展，因此，企业污水监督和控制已成为环保等政府职能部门的重要工作任务，而计量污水排放的流量仪表系统则是定量管理企业污水排放不可或缺的工具。
电磁流量检测仪表是利用法拉弟电磁感应原理制成的测量导电流体体积的仪表，与现有各种非电磁流量检测仪表相比，性能好，适用范围广，是目前应用最广泛的流量仪表之一。
我国经过多年的技术探索和产品开发，虽然已在电磁流量检测仪表开发方面取得了一定的成绩，但由于起步迟、起点低，还处于比较落后的状况。主要表现在：１、功能弱。目前国产的流量检测仪表一般只有信号放大、转换、积算、记忆保存及显示等基本功能，而缺少正反向流量检测、空管检测等高级功能。
２、检测精度低。国产流量仪表多数缺乏量程自动切换、零点自校准、小信号切除、非线性补偿以及数字滤波等高级信号处理能力，影响了流量检测精度。
３、可靠性不高。系统设计存在不足，信息转换环节多，增加了信号处理的中间环节和信号之间的连线，易引入干扰信号，影响系统的检测精度和抗干扰能力。另外，没有很好地采用有效的软硬件容错、隔离等抗干扰措施。
４、开放性差。目前的电磁流量计在硬件结构上多由分离式模拟器件构成，未采用新型集成芯片，使仪表的结构、功能扩充性和使用维护都较困难：软件设计采用过程化软件设计思想，其可读性和可扩展性较差；网络通讯接口一般只配置ＲＳ２３２类串行接口，只有物理联接上的规定，缺乏数据通讯和校验等链路层协议标准，因此，难以满足用户开放性、易组态的要求。
如采用新型微处理器、计算机软硬件及现场总线技术，研究开发新型智能电磁流量检测仪表及现场总线流量检测系统恰好能弥补以上不足““３””“、““。“”一…。现场总线式的智能化电磁流量仪表以单片微处理器和各种新型集成电路：笛Ｊ午为核心进行设计，因此可充分利用单片机系统良好的软硬件资源达到增强仪表功能、提高测量精度、可靠性及开放性的目的。因此，本项目的开展不仅能有力地增强我国电磁流量仪表产品的性能质量、更广泛地满足用户需求，而且对促进我国流量检
测技术的发展和开发水平提高及水资源环境的保护等方面都具有重要的意义。
§１．４本论文任务及安排
根据目前国内电磁流量检测产品现状及国外智能化、网络化、一体化发展趋势，应杭州维通电子公司的委托及省科技厅资助下，综合应用新型微处理器、计算机软硬件及现场总线技术，研究开发集电磁流量传感器、转换器、积算仪于一体的基于ＣＡＮ总线的智能流量检测仪表系统。在本项目软硬件开发过程我们主要作了以下方面的技术考虑：
?以ＡＴ８９Ｃ５２ＭＰＵ为核心器件，软硬件设计充分利用其丰富的内部资源、强大的运算控制能力和灵活的输入输出功能，以增强系统的智能性；
?硬件结构模块化，硬件电路设计应具有可扩展性和易维护性：
?采用可编程励磁新技术，改善系统励磁性能，降低系统励磁功耗，增强系统励磁方式配置的灵活性；
?采用高精度放大电路和Ｖ／Ｆ转换器设计信号转换模块，提高系统信号处理的抗干扰能力和检测精度，减少系统误差；
?采用ＣＡＮ现场总线作为系统的通信接口，增强系统组网的开放性和通讯过程的可靠性；
?软件设计采用消息驱动的程序设计方法以提高系统软件质量和开发效率：?采用容错、软件陷阱、数字滤波等多种技术措施提高系统的可靠性。
本文各章内容安排如下：
第一章：回顾电磁流量计技术发展历史，综述电磁流量计技术发展动向和应用现状，介绍现场总线仪表产生原因、技术特点和作用，论证开发基于ＣＡＮ总线的智能流量检测仪表系统的必要性及其意义，并给出全文研究的内容和安排。
第二章：介绍电磁流量计的基本原理和ＣＡＮ总线技术基础，针对ＣＡＮ总线性能特点详细分析研究其分层结构、协议和数据帧结构，并给出ＩＳＯｌ１８９８建议的ＣＡＮ总线接口电气连接关系。
第三章：根据本项目开发的实际要求给出系统的设计任务和设计原则，并对本项目开发过程所涉及到的有关关键技术进行分析研究，最后确定系统设计总体结构和主要功能模块的技术实施方案。
第四章：根据系统设计任务和所确定的总体设计方案详细介绍小信号放大电路、模数转换、可编程励磁技术、量程自动切换、ＣＡＮ通讯接口以及系统抗干扰等硬件功能模块的设计实现。
第五章：介绍消息驱动程序设计思想产生的背景以及Ｗｉｎｄｏｗｓ消息驱动工作原理，提出引用Ｗｉｎｄｏｗｓ消息驱动原理构建单片机系统软件开发体系结构的新思想，并在此思想的指导下进行了下位仪表软件系统的具体开发。
第六章：在上述工作基础上进行系统总成、测试和分析。
第七章：对全文工作进行总结和展望。
§１．５本章小结
本章首先回顾电磁流量计的发展历史，并综述了目前电磁流量计的技术发展动向和应用现状。
其次分析了现场总线仪表系统产生的原因，并介绍了现场总线仪表的组成特点、发展状况和趋势以及对过程自动化领域产生的作用。
最后根据目前国内外电磁流量计发展现状及实际需要，论证了开发基于ＣＡＮ总线的智能流量检测仪表系统的必要性及其意义，并给出本文研究内容及总体安排。
第二章电磁流量计的基本原理及ＣＡＮ总线技术基础
【内容摘要】本章在简介电磁流量计基本原理的基础上，重点研究分析了ＣＡＮ总线协议的分层结构、技术规范、报文传输、帧结构及ＣＡＮ总线接口电气连接方式等内容．为基于ＣＡＮ总线的智能流量检测仪表与系统的开发作了必要的技术准备。
§２．１电磁流量计的基本原理
§２．１．１法拉第电磁感应定律
众所周知，当导体在磁场中作切割磁力线运动时，导体两端就会产生感应电动势。此感应电动势Ｕ与通过回路面积的磁感应通量ｏ。的变化率成正比：
Ｕ：Ｋｄｃ＇Ｂ。（２一１）
ｄｌ
式中，比例系数Ｋ由实验确定。在国际单位制中，Ｕ的单位为Ｖ，ｏ。的单位为Ｗｂ，ｔ的单位为ｓ，根据实验结果Ｋ等于ｌ。如果考虑ｕ的方向，则上式可写为：
Ｕ：一盟（２—２）
出
这就是法拉第电磁感应定律。
如果只考虑ｕ的大小，就可以略去上式中塑１的负号，即：
ｄｔ
Ｕ：ｄ（Ｉ）Ｂ：Ｂ．Ｌ．Ｖ（２—３）
出
式中，Ｂ为磁感应强度（Ｇｓ），Ｌ为在磁场中垂直切割磁力线方向的运动导体长度（ｍ），Ｖ为导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度（ｍ／ｓ）。感应电动势的方向就是旷×豆矢量积的方向，可用右手定则来确定。
由（２—３）式可知，当磁感应强度Ｂ恒定不变，同时导体的长度Ｌ定长，则感应电动势的大小仅与导体运动速度成正比。
§２．１．２电磁流量变送器的基本原理
电磁流量变送器就是利用法拉第电磁感应定律制成的，只是其中切割磁力线的导体不是一般的金属导体，而是具有一定电导率的液体流柱，切割磁力线的长度是两电极之问的距离，近似等于液体流柱的直径，即测量管内径Ｄ（如图２．１）根据（２—３）式可知，电极两端感应电动势的大小近似等于：
Ｕ＝日．Ｄ．Ｖ（２—４）
式（３～４）与式（３—３）不同的是用电极两端的距离来代替Ｌ，而电极间的距离近似等于测量管内径Ｄ，故可用Ｄ代替Ｌ。此外，可用被测液体的平均流速旷（ｍ／ｓ）
代替了导体的运动速率Ｖ。
根据（２—４）式可知，当磁感应强度Ｂ和两电极间的距离固定不变时，电极两端产生的感应电动势只与被测液体的平均流速成正比。
图２．１电磁流量变送器工作原理
在测量管内，穿过测量管横截面的液体瞬时流量为：
Ｄ：兰．Ｄ２．１７
。４
以（２—４）式中的旷代入（２—５）式中，得
ｏ：兰．Ｄ．旦．（ｍ３／ｓ）
４Ｂ
即
ｕ：竺．Ｏ（ｖ）
（２—５）（２—６）（２—７）
由（２—７）式可以看出，当磁感应强度Ｂ和测量管内径Ｄ一定时，感应电动势ｕ与瞬时体积流量Ｑ是线性关系，而与其它物理参数无关，这也是电磁流量计的最大优点之一。在此需要说明上列计算方程式的成立还应符合以下的假设条件。
首先假设磁场是恒定不变，而且是均匀分布的。这就可以忽略导电液体在磁场中运动产生另外两种效应的影响，即液体中感生电流对磁场分布的影响以及这一感生电流与电磁力相互作用对液体运动的影响。这两种效应在测量液体金属时则不能忽略。
其次，假设被测液体的流速为轴对称分布，而且液体中的感生电流与电场对称，且平行于液体的轴向；另外，假设液体的导电率是均匀和各向同性，且不受电场或液体运动的影响，从而可排除“霍尔效应”。并且还假定被测液体的导电率变化和由于液体温度的非均匀性所引起的热点效应及离子迁移等影响在此都可忽略不计，这是因为在通常情况下，这些效应的影响是非常小的。
此外，还假设被测液体是非磁性的，并且它的磁导率“与真空磁导率“。一致，
可忽略液体磁性与工作磁场相互作用的影响。
可见，在上述假设条件下测定流量时，可以认为感应电动势Ｕ与瞬时体积流
量Ｑ成正比，且完全是线性关系。
§２．１．３电磁流量计的基本原理
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律来测量导电液体体积流量的仪表。整套仪表由电磁流量变送器和转换器两部分组成。变送器安装在工艺管道中，它的作用是将流经管道内液体流量值线性地变换成感应电势信号，并经过传输线将此信号送到转换器中去。转换器的作用是将变送器送来的流量信号进行比较、放大，并转换成标准的输出信号，以实现对被测液体流量的指示、记录、积算或调节。电磁流量计的工作原理方框图如图２．２所示。
图２．２电磁流量计工作原理图
§２．２ＣＡＮ总线技术基础
§２．２．１ＣＡＮ性能特点
ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ即控制器局域网络）属于现场总线范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，最初是由德国ＢＯＳＣＨ公司为汽车监测、控制系统而设计的。现代汽车越来越多地采用电子装置控制，如发动机的定时、注油控制、加速、刹车控制（ＡＳＣ）及复杂Ｎ抗锁定刹车系统（ＡＢＳ）等，这些控制需检测和交换大量数据，采用硬接信号线的方式不但烦琐、昂贵，而且难以解决问题，但采用ＣＡＮ总线上述问题便得到很好地解决。目前国外已有许多大汽车公司（ＢＥＮＺ（奔驰）、ＢＭＷ（宝马）、ＰＯＲＳＣＨＥ（保时捷）、ＲＯＬＬＳ—ＲＯＹＣＥ（劳斯莱斯）和ＪＡＧＵＡＲ（美洲豹）等）都已开始采用ＣＡＮ总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。由于ＣＡＮ总线本身的特点，其应用范围目前己不再局限于汽车行业，而向过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械、传感器及智能仪表等领域发展。ＣＡＮ已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。
ＣＡＮ属于总线式串行通信网络，由于其采用了许多新技术及独特的设计，与一般的通信总线相比，ＣＡＮ总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点可概括如下：
?ＣＡＮ为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。利用这一特点可方便地构成多机备份系统。
?ＣＡＮ’网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先绂的数据最多可在１３４９ｓ内得到传输。
?ＣＡＮ采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下也不会出
现网络瘫痪情况（以太网则可能）。
?ＣＡＮ只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度”。
?ＣＡＮ的直接通信距离最远可达ｌＯｋｍ（通信速率５ｋｂｐｓ以下）；通信速率最高可达ｔＭｂｐｓ（此时通信距离最长为４０ｍ）。
?ＣＡＮ上的节点数主要取决于总统驱动电路，目前可达１１０个：报文标识符可达２０３２种（ＣＡＮ２．ＯＡ），而扩展标准（ＣＡＮ２．ＯＢ）的报文标识符几乎不受限制。
?ＣＡＮ采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低。
?ＣＡＮ的每帧信息都有ＣＲＣ校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。
?ＣＡＮ的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。
?ＣＡＮ节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能，以使总线上其它节点操作不受影响。
ＣＡＮ中的总线数值为两种互补逻辑数值之一：“显性”或“隐性”。“显性”（Ｄａｍｉｎａｎｔ）数值表示逻辑…０’，“显性”状态以大于最小阀值的差分电压表示。而“隐性”（Ｒｅｃｅｓｓｉｖｅ）表示逻辑…ｉ’，在“隐性”状态下，％ｍⅣ和％。¨被
固定于平均电压电平，Ｐ０近似为０。“显性”和“隐性”位同时发送时，最后总线
数值将为“显性”。在总线空闲或“隐性”位期间发送“隐性”状态。在“显性”状态改写“隐性”状态并发送（如图２．３所示）
幽２３总线位的数值表示
§２．２．２ＣＡＮ技术规范
ＣＡＮ总线是一种串行数据通信协议，在ＣＡＮ总线通信接口中集成了ＣＡＮ协议的物理层和数据链路层功能，可以完成对通信数据成帧处理。ＣＡＮ协议最大一个特点就是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点是使网络内节点个数理论上不受限制，数据块的标识码可由１１位或２９位二进
制数组成，因此可以定义２“或２２９个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还
ｔ可以使不同节点同时接收到相同的数据。数据段长度最多为８个字节，可以满足通常工业领域中控制命令、工作状念及测试数据的～般要求。同时８个字节不会占用总线时１＇日ｊ过长，保证了通信的实时性。ＣＡＮ协议采用ＣＲＣ检验并提供相应的错误处
理功能，保证了数据通信的可靠性。
随着ＣＡＮ总线技术在各种领域里应用和推广，对其通信格式的标准化提出了要求。为此，１９９１年９月ＰｈｉｌｉｐｓＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｔｓ制订并发布了ＣＡＮ技术规范（ＷｅｔｓｉＯｒ］２．０）。该技术规范包括Ａ和Ｂ两部分。２．ＯＡ给出了ＣＡＮ报文的标准格式，２０Ｂ给出了标准和扩展两种格式。此后，１９９３年１１月ＩＳＯ正式颁布了高速通信控制局域网（ＣＡＮ）国际标准ＩＳＯＩ１８９８，为控制器局域网的标准化、规范化铺平了道路。
一、ＣＡＮ的一些基本概念
报文：总线上的信息以不同格式报文发送，但长度有限制。当总线开放时，任何连接单元都可以开始发送一个新的报文。
信息路由：在ＣＡＮ系统中，一个ＣＡＮ节点不使用有关系统结构任何信息（如站地址）。这里还包含一些重要的概念：
系统灵活性——节点可在不要求所有节点及其应用层改变任何软件或硬件的情况下被接入ＣＡＮ网络。
报文通信——一个报文的内容由其标识符ＩＤ命名。ＩＤ并不指出报文的目的，但描述数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波决定该数据是否使他们激活。
成组——由于采用了报文滤波，所有节点均可接收报文，并同时被相同的报文激活。
数据相容性——在ＣＡＮ网络内，可以确定报文同时被所有节点或者没有节点接收，因此，系统数据相容性是借助于成组和出错处理达到目的。
位速率：ＣＡＮ的数据传输率在不同系统中是不同的，而在一个给定系统中，此速率是唯一的，并且是固定的。
优先权：在总线访问期间，标识符定义了一个报文静态优先权。
远程数据请求：通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送相应的数据帧，该数据帧与对应的远程帧以相同标识符ＩＤ命名。
多主站：当总线开放时，任何单元均可以开始发送报文，发送具有最高优先权报文单元赢得总线访问权。
仲裁：当总线开放时，任何一个单元均可开始发送报文，若同时有两个或更多单元开始发送，总线访问冲突运用逐位仲裁规则，借助标识符ＩＤ解决。这种仲裁规则可以使信息和时间均无损失。若具有相同标识符的一个数据帧和一个远程帧同时发送，数据帧优于远程帧。仲裁期间，每一个发送器都对发送位电平与总线上检测到的电平进行比较，若相同则浚单元可继续发送。当发送一个“隐性”电平（ｒｅｃｅｓｓｉｖｅｌｅｖｅｌ），而在总线上检测为“显性”电平（ｄｏｍｉｎａｎｔｌｅｖｅｌ）时，该单元退出仲裁，并不再传送后续位。
安全?｜生：为获得尽可能高的数据传送安全性，在每个ＣＡＮ节点中均设有错误检测、标定和自检等强有力措施。检测错误措施包括：发送自检、循环冗余校验、位填充和报文格式检查。错误检测具有如下特性：所有全局性错误均可被检测：发送器的所有局部错误均可被检测；报文中多至５个随机分布错误均可被检测：报文中氏度小于１５的突发性错误均可被检测：报文中任何奇数个错误均可被检测。未检
：¨的已报报文的剩余错误概率为报文出错率的４７×１０。１。
出错标注和恢复时间：已报报文出检出错误的任何节点进行标注。这样的报文
将失效，并自动进行重发送。如果不存在新的错误，自检出错误至下一个报文开始发送的恢复时间最多为２９个位时间。
故障界定：ＣＡＮ节点有能力识别永久性故障和短暂扰动，可自动关闭故障节点。
连接：ＣＡＮ串行通信链路是一条众多单元均可被连接的总线，理论上单元数目是无限的，实际上单元总数受限于延迟时间和（或）总线的电气负载。
单通道：由单一进行双向位传送的通道组成的总线，借助数据重同步实现信息传输。在ＣＡＮ技术规范中，实现这种通道的方法不是固定的，例如，可以是单线（加接地线）、两条差分连线、光纤等。
总线数值表示：总线上具有两种互补逻辑数值：显性电平或隐性电平。在显位与隐位同时发送期间，总线上数值将是显位。例如，在总线的“线与”操作情况下，显位由逻辑…０’表示，隐位由逻辑“ｌ”表示。在ＣＡＮ技术规范中未给出表示这种逻辑电平的物理状态（如电压、光、电磁波等）。
应答：所有接收器均对接收报文相容性进行检查，回答一个相容报文，并标注一个不相容报文。
睡眠方式及唤醒：为降低系统功耗，ＣＡＮ器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式，相当于未连接总线的驱动器。睡眠状态借助任何总线激活或者系统的内部条件被唤醒而告终。在总线驱动器再次置于在线状态之前，为唤醒内部活动重新开始，传输层将等待系统振荡器至稳定状态，并且一直等待至其自身同步于总线活动（通过检查１１个连续的隐位）。为唤醒系统内仍处于睡眠状态的其他节点，可使用具有最低可能标识符的专用唤醒报文：ｒｒｒｒｒｒｄｒｒｒｒ，其中，ｒ为隐位，ｄ为显位。
二、ＣＡＮ节点的分层结构
ＣＡＮ遵循ＯＳＩ标准模型，参照ＯｓＩ基准模型ＣＡＮ结构划分为两层：数据链路层和物理层（ＣＡＮ的分层结构和功能如图２．４所示）。
按照ＩＥＥＥ８０２．２和８０２．３标准，数据链路层又划分为逻辑链路控制子层（ＬＬＣ
—ＬｏｇｉｃＬｉｎｋＣｏｎｔｒ０１）和媒体访问控制子层（ＭＡＣ—ＭｅｄｉｕｍＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒ０１）；物理层又可划分为物理信令子层（ＰＬＳ—ＰｈｙｓｉｃａｌＳｉｇｎａｌｌｉｎｇ）、物理媒体附属装置子层（Ｐ姒一ＰｈｙｓｉｃａｌＭｅｄｉｕｍＡｔｔａｃｈｍｅｎｔ）和媒体相关接口子层（ＭＤ【－－ＭｅｄｉｕｍＤｅｐｅｎｄｅｎｔＩｎｔｅｒｆａｃｅ）。
１、ＬＬＣ子层功能
ＬＬＣ子层提供的功能包括：帧接收滤波、超载通知和恢复管理。
帧接收滤波：在ＬＬＣ子层上开始的帧跃变是独立的，其自身操作与先前的帧跃变无关。帧内容由标识符命名，标识符并不能指明帧目的地，但描述数据的含义，每个接收器通过帧接收滤波确定此帧与其是否有关。
超载通知：如果接收器内部条件要求延迟下一个ＬＬＣ数据帧或ＬＬＣ远程帧，则通过ＬＬＣ子层开始发送超载帧，最多可产生两个超载帧，以延迟下一个数据帧或远程帧。
恢复管理：发送期矧，对于丢失仲裁或被错误干扰的帧，ＬＬＣ子层具有自动重发功能。在发送成功前，帧发送服务不被用户认可。
２、ＭＡＣ子层结构功能
ＭＡＣ子层功能由ＩＥＥＥＳ０２．３中规定的助能模型描述，在此模型中将ＭＡＣ子层划分为完全独立的两个部分，即发送部分和接收部分。此两部分功能如下。
发送部分功能包括：
接受滤波
ＬＬＣ超载通知、
监控器
恢复管理、
数数据封装／拆装＼
据帧编码（填充／解除填
＼链充）
Ｎ
路媒体访问管理一
层ＭＡＣ
错误监测一
卅
／出错标定
。／一Ｉ±ｆ，瞄田审
应答串行化／解除串行化
位编码／解码
ＰＬＳ位定时物同步
理ＰＭＡ
驱动器／接收器特征
层ＭＤＩ连接器
图２４ＣＡＮ的分层结构
１）、发送数据封装
?接收ＬＬＣ帧并接收接口控制信息：
?ＣＲＣ循环计算；
?通过向ＬＬＣ帧附加ＳＯＦ、ＲＴＲ位、保留位、ＣＲＣ、ＡＣＫ和ＥＯＦ构造ＭＡＣ帧。２）、发送媒体访闯管理
?确认总线空闲后，开始发送过程（通过帧问空闲应答）；
?ＭＡＣ帧串行化；
?插入填充位（位填充）；
?在丢失仲裁的情况下，退出仲裁并转入接收方式：
?错误检测（监控、格式校验）；
?应答校验：
?确认超载条件：
?构造超载帧并开始发送：
?构造出错帧并开始发送；
?输出串行流至物理层准备发送。
接收部分功能包括：
１）、接收媒体访问管理
?解除串行结构并重新构筑帧结构：
?检测填充位（解除位填充）：
?错误检测（ＣＲＣ、格式校验、填充舰则校验）；?发送应答；
，
浙江大学硕士学位论文
?构造错误帧并开始发送：
?确认超载条件；
?重新激活超载帧结构并开始发送；
２）、接收数据拆装
?由接收帧去除ＭＡＣ特定信息；
?输出ＬＬＣ帧和接口控制信息至ＬＬＣ子层
三、ＯＡＮ总线报文传送及其帧结构
在进行数据传送时，发出报文的单元称为该报文的发送器。该单元在总线空闲或丢失仲裁前恒为发送器。如果一个单元不是报文发送器，并且总线不是处于空闲状态，则该单元为接收器。
对于报文发送器和接收器，报文实际有效时是不同的，对于发送器而言，如果直到帧结束一直没有出错，则发送器报文有效。如果报文受损，将允许按照优先权次序自动重发送。为了能同其他报文访问总线进行竞争，总线一旦空闲，重发送立即开始；对于接收器而言，如果直到帧结束的最后一位一直没有出错，则对于接收器报文有效。
构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和ＣＲＣ序列均借助位填充规则进行编码。当发送器在被发送位流中检测到５位连续相同数值时，将自动在实际发送位流中插入一个补码位。
报文传送由四种不同类型的帧表示和控制：数据帧携带数据由发送器至接收器；远程帧通过总线单元发送，以请求具有相同标识符的数据帧；出错帧由通过检测发现总线错误的任何单元发送；超载帧用于提供当前和后续数据帧或远程帧之间的附加延迟。
１、数据帧
数据帧由７个不同位场组成，即起始帧、仲裁场、控制场、数据场（数据可以为零）、ＣＲＣ场、应答场和帧结束。ＣＡＮ２．ＯＡ协议中数据帧组成如图２．５所示。
｛或超载帧ｆ仲牧场控制场数据场ＣＲＣ场ｆ帧结柬
帧起始
幽２．５数据帧结构
ＡｃＫ巾虹
在ＣＡＮ２．０Ｂ中两种不同帧格式，其主要区别在于标识符的长度，具有ｌｌ位标识符的帧称为标准帧，而包括２９位标识符的帧称为扩展帧。标准帧和扩展帧如图２．６所示。
为使控制器设计相对简单，并不要求执行完全扩展格式，例如以扩展格式发送ＣＡＮ２．ＯＢ对报文滤波加以描述，报文滤波以整个标识符为基准。屏蔽寄存器』｝Ｊ于选掸一组标识符，以便映像至接收缓冲器中，屏蔽寄存器每一位都需要是可编程的。它的长度可以是整个标识符，也可以是其中的一部分。
浙江大学硕上学位论文
扩
１１倥稀碳讨’
标准格式．＿｜＿一仲裁场－一数据场一
Ｒ
ＲＴＲＩＤＥ０ＤＬＣ
Ｒ
图２．６标准帧和扩展帧结构
１）、帧起始（ＳＯＦ）标志数据帧起始，它仅由～个显位构成，只有总线处于空闲状态时，才允许站开始发送。所有站必须同步于曹先开始发送的那个站的帧起始前沿。
２）、仲裁场由标识符和远程发送请求位（ＲＴＲ）组成。仲裁场如图２．７所示
＋标识符—＋ＲＴＲ位
图２７仲裁场结构
对于ＣＡＮ２．ＯＡ标准，标识符长度为ｌｌ位，这些位从高位到低位的顺序发送，最低位位ＩＤ．０，其中最高７位（ＩＤ．１０—ＩＤ．４）不能全为隐位。
对于ＣＡＮ２．ＯＢ，标准格式和扩展格式的仲裁场格式不同。在标准格式中，仲裁场由ｌｌ位标识符和远程发送请求位ＲＴＲ组成，标识符位为ＩＤ．２８～ＩＤ．１８，而在扩展格式中，仲裁场由２９位标识符和替代远程请求ＳＲＲ位、标识位和远程发送请求组成，标识符位为ＩＤ．２８～ＩＤ．Ｏ。
为区别标准格式和扩展格式，将ＣＡＮ２．ＯＡ标准中的ｒｌ改汜为ＩＤＥ位。扩展格式中，先发送基本ＩＤ，其后是ＩＤＥ和ＳＲＲ位。扩展ＩＤ在ＳＲＲ位后发送。
ＳＲＲ位为隐位，在扩展格式中，它在标准格式中的ＲＴＲ位上被发送，并替代标准格式中的ＲＴＲ位。这样，标准格式和扩展格式冲突由于扩展格式的基本ＩＤ与标准格式的ＩＤ相同而告解决。
ＩＤＥ位对于扩展格式属于仲裁场，对于标准格式属于控制场。［ＤＥ在标准格式中以显性电平发送，而在扩展格式中为隐性电平。
３）、控制场由６位组成，如图２．８所示。
由图可见，控制场包括数据长度码ＤＬＣ（ＤａｔａＬｅｎｇｔｈＣｏｄｅ）和两个保留位，这两个保留位必须发送显位，但接收器认可显位与隐位的全部组合。
４）、数据场由数据帧中被发送的数据组成．它可包括０—８个字节，每个字节Ｈ位，其中首先发送的是最高有效位。
ＲｉＲｆｌＤＬＣ３ＤＬＣ２ＤＬＣｌＤＬＣ０
图２．８控制场结构
；）、ＣＲＣ场包括ＣＲＣ序列，后随ＣＲＣ界定符。ＣＲＣ场结构如图２．９所示
｛
＿Ｐ～ＣＲＣ序列——＿一ＣＲＣ定界
图２９ＣＲＣ场结构
６）、应答场（ＡＣＫ）为两位，包括应答间隙和应答界定符如图２．１０所示。
图２．１０应答场结构
在应答场中，发送器送出两个隐位。一个正确接收到有效报文的接收器，在应答间隙，将此信息通过发送一个显位报告给发送器。所有接收到匹配ＣＲＣ序列的站，通过在应答间隙内把显位写入发送器的隐位来报告。应答界定符是应答场的第二位．且必须是隐位。因此，应答间隙被两个隐位（ＣＲＣ界定符合应答界定符）包围。
７）、结束帧：每个数据帧由７个隐位组成的标志序列界定。
２、远程帧
激活为数据接收器的站可以借助于传送一个远程帧初始化各自源节点数据的发送。远程ｌ帧由６个不同位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、ＣＲＣ场、应答场和帧结束。同数据帧相反，远程帧的ＲＴＲ位是隐位。远程帧不存在数据场，ＤＬＣ的数据值是独立的，它可以是０—８中任意数值，这一数值对应数据帧的ＤＬＣ。远程帧组成如图２．¨所示。
帧起始
｜玺｜２．Ｉｌ远程帧组成ＡｃＫ场
闻空
载超
帧