CAN匯流排採用訊息識別作為逐位仲裁的優先權機制，訊息傳遞能在有限的延遲之內完成，適合使用在即時環境當中，為當前重要的自動化控制用區域網路。Modbus屬於開放授權的應用層協定，由軟體實現，可通過任何傳輸媒介進行通訊，開發操作容易，支援度、通用性高且容易整合於不同的設備，廣泛地用在數據採集與監控系統（SCADA）的人機操作介面（HMI）和可編程邏輯控制器（PLC）之間的通訊。DNP3也是一個開放授權的協定，其傳輸控制支援異常報告、帶有時間戳記或資料品質的資料、安全認證機制和診斷資訊等進階功能，適用於大型的分散式網路架構上。本研究提出一種支援分散式的Modbus與DNP3網路架構，建構在基於CAN匯流排對於傳輸錯誤強大的偵測與修正能力，實現可靠且低成本的應用模型。本研究之Modbus與DNP3協定於CAN匯流排架構的設計，可以運行Modbus命令在CAN匯流排上，並透過CAN匯流排與TCP/IP網路的閘道的設計，提供管道讓Modbus命令來往於CAN匯流排和TCP/IP於Ethernet網路之間，以建構一個可靠、易於使用且具有擴充性的控制器區域網路。

The CAN bus uses the message identifier as a priority by-bit arbitration mechanism, message can be delivered within a limited delay, suitable for use in real-time environment, an important basic layer protocol for the automation network. The Modbus protocol is an openly published and royalty-free application layer protocol, it is easy to deploy and maintain, simply and robust, high supportability, easy to be integrated in different devices, and has become a de facto standard communication protocol for HMI and PLC in SCADA system. The DNP3 protocol is robust, efficient, and interoperable, it provides multiplexing, data fragmentation, error checking, link control, and prioritization, suitable for large-scale distributed automation network architecture. This study proposes a distributed network architecture model that supports Modbus and DNP3, it is constructing based on CAN bus with low-cost and powerful error detection and correction capabilities. The design of Modbus and DNP3 protocol on the CAN bus can run Modbus commands on CAN bus and communicate between CAN and TCP/IP on Ethernet through the gateway, for achieving an automation area network which is reliable, easy to use and has well expandability to SCADA system.

致謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
圖次 ix
表次 xi
第一章　緒論 1
1.1　研究動機與目的 1
1.2　論文架構 2
第二章　研究背景 3
2.1　數據採集與監控系統與自動控制區域網路 3
2.1.1　數據採集與監控系統 3
2.1.1.1　人機介面 3
2.1.1.2　監控系統 3
2.1.1.3　遠程終端單元 4
2.1.1.4　可編程邏輯控制器 4
2.1.1.5　通訊網路 4
2.1.2　自動控制區域網路 4
2.2　Modbus 5
2.2.2　Modbus ASCII 8
2.2.3　Modbus/TCP 8
2.3　DNP3 9
2.3.1　虛擬傳輸層 11
2.3.1.1　標頭 12
2.3.1.2　應用層資料 13
2.3.2　資料鏈結層 14
2.3.2.1　交易模型 15
2.3.2.2　訊框格式 16
2.4　CAN 21
2.4.1　仲裁機制 21
2.4.2　訊息類型 22
2.4.2.1　資料訊框 22
2.4.2.2　遠程傳送請求訊框 23
2.4.2.3　錯誤訊框 23
2.4.2.4　過載訊框 23
2.4.3　偵錯機制 24
2.4.3.1　循環冗餘校驗 24
2.4.3.2　訊框校驗 24
2.4.3.3　應答錯誤 24
2.4.3.4　發送監視 24
2.4.3.5　位元填充 24
2.5　分析與討論 25
第三章　Modbus與DNP3協定於CAN匯流排 26
3.1　系統架構 26
3.1.1　裝置類型 27
3.1.2　網路拓樸 28
3.2.1　Modbus 31
3.2.2　CAN 32
3.2.3　DNP3 32
3.2.4　整合 32
3.2.4.1　Modbus與DNP3之整合 33
3.2.4.2　DNP3與CAN之整合 35
3.3　CAN匯流排與TCP/IP於Ethernet之資料轉傳 36
3.3.1　訊息格式轉換 37
3.3.2　位址轉換 38
3.3.3　實體介面轉換 44
第四章　Modbus與DNP3協定於CAN匯流排操作實例 46
4.1　系統架構 46
4.2　Modbus與DNP3協定於CAN匯流排網路的實現 47
4.2.1　以APP020實現Modbus與DNP3協定於CAN匯流排 48
4.2.1.1　APP020使用的硬體平台 49
4.2.1.2　APP020使用的CAN函數庫 52
4.2.1.2　編寫使用者程式 53
4.2.2　以XSBase270實現Modbus與DNP3協定於CAN匯流排 56
4.2.2.1　編寫CAN控制器的驅動程式 58
4.2.2.2　編寫使用者程式 63
4.3　CAN匯流排與TCP/IP於Ethernet之閘道器的實現 64
4.3.1　以XSBase270實現CAN匯流排與TCP/IP於Ethernet之閘道器 64
4.3.2　實現流程 66
4.4　Modbus與DNP3協定於CAN匯流排系統運作的結果 67
4.4.1　實例操作 67
4.4.2　傳輸時間計算 68
第五章　結論 70
參考文獻 71

[1] Modicon. (1996). Modbus Protocol Reference Guide [Online]. Available: http://modbus.org/docs/PI_MBUS_300.pdf

[2] Modbus.org. (2012). MODBUS Application Protocol 1 1 b [Online]. Available: http://modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b3.pdf

[3] Transmission and Distribution Committee and Substations Committee of the IEEE Power and Energy Society. (2012). IEEE Std 1815-2012 (Revision of IEEE Std 1815-2010) IEEE Standard for Electric Power Systems Communications—Distributed Network Protocol (DNP3) [Online]. Available: http://standards.ieee.org/findstds/standard/1815-2012.html

[4] CiA. (2001-2013). CAN in Automation (CiA): Controller Area Network (CAN) [Online]. Available: http://www.can-cia.org/

[5] 曾百由, 數位訊號控制器原理與應用, 2版. 台北市: 宏友圖書開發股份有限公司, 2006.

[6] 華亨科技股份有限公司, XSBase270 (EELiod)ADS/Linux/WinCE 實驗開發與實務, 1版. 高雄縣: 華亨科技股份有限公司, 2007.

[7] Microchip Technology Inc.. (2010). dsPIC30F4011/4012 Data Sheet [Online]. Available: http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/70135g.pdf

[8] Microchip Technology Inc.. (2006). dsPIC30F Family Reference Manual [Online]. Available: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/70046e.pdf

[9] "Priyabrata (Priyo) Sinha, Microchip Technology Inc.". (2009). dsPIC30F CAN Interrupt Management [Online]. Available: http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/93017A.pdf

[10] Microchip Technology Inc.. (2007). MPLAB C30 C Compiler User's Guide [Online]. Available: http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/c30_users_guide_51284f.pdf

[11] Microchip Technology Inc.. (2003-2012). MCP2515 - Stand-Alone CAN Controller with SPI Interface [Online]. Available: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21801G.pdf

[12] Microchip Technology Inc.. (2007). MCP2551 - High-speed CAN Transceiver [Online]. Available: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21667e.pdf

[13] Microchip Technology. (2008). 16-Bit Language Tools Getting Started [Online]. Available: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/70094E.pdf

[14] Microchip Technology Inc.. (2010). 16-Bit Language Tools Libraries [Online]. Available: http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/51456g.pdf
[15] International Organization for Standardization. (2003). ISO 11898-2:2003 Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 2: High-speed medium access unit [Online]. Availible: http://www.iso.org/iso/home/store/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=33423
[16] International Organization for Standardization. (2006). ISO 11898-3:2006 Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface [Online]. Availible: http://www.iso.org/iso/home/store/catalogue_ics/catalogue_detail_ics.htm?csnumber=36055