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CAN总线

2012-11-19 20:39 470 0 分类: MCU/ 嵌入式 文集: 单片机与ARM

 

什么是CAN总线 
  
    现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN(Controller Area Network)属于现场总线的范畴,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。较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言,  基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性:


    首先,CAN控制器工作于多主方式,网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,且CAN协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统,通信方式也只能以主站轮询的方式进行,系统的实时性、可靠性较差;


    其次,CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连,而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中,当系统有错误,出现多节点同时向总线发送数据时,导致总线呈现短路,从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响,从而保证不会出现象在网络中,因个别节点出现问题,使得总线处于“死锁”状态。


    而且,CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现,从而大大降低系统开发难度,缩短了开发周期,这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。另外,与其它现场总线比较而言,CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前 CAN总线应用于众多领域,具有强劲的市场竞争力的重要原因。


    CAN (Controller Area Network)即控制器局域网络,属于工业现场总线的范畴。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。由于其良好的性能及独特的设计,CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的,世界上一些著名的汽车制造厂商,如BENZ(奔驰)、BMW(宝马)、PORSCHE(保时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和JAGUAR(美洲豹)等都采用了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。同时,由于CAN总线本身的特点,其应用范围目前已不再局限于汽车行业,而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。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。其典型的应用协议有: SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。

 

CAN总线特点

1、国际标准的工业级现场总线,传输可靠,实时性高(短帧,crc校验);

2、传输距离远(最远10Km,<5kbps时),传输速率快(最高1MHz bps,40米内);

3、单条总线最多可接110个节点,并可方便的扩充节点数;

4、多主结构,各节点的地位平等,方便区域组网,总线利用率高;

5、实时性高,非破坏总线仲裁技术,优先级高的节点无延时;

6、出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系,不影响总线的通讯;

7、报文为短帧结构并有硬件CRC校验,受干扰概率小,数据出错率极低;

8、自动检测报文发送成功与否,可硬件自动重发,传输可靠性很高;

9、硬件报文滤波功能,只接收必要信息,减轻cpu负担,简化软件编制;

10、通讯介质可用普通的双绞线,同轴电缆或光纤等;

11、CAN总线系统结构简单,有极高的性价比。

(其他特点:

每帧有效数据为8字节,所以应充分使用

不是传统的地址编码而是对数据块编码)

 

  表1 CAN总线系统任意两节鼎足之势之间的最大距离

    位速率/kbps     1000     500     250     125     100

    最大距离/m     40     130     270     530     620

    位速率/kbps     50     20     10     5      

    最大距离/m     1300     3300     6700     10000   

 

111.jpg

 

 

222.jpg
 
333.jpg

 

 

CAN与RS-485比较

CAN总线在通讯等全方面的性能都优于RS-485协议。 其中CAN在访问机制、通讯速度、节点容量、通讯距离和可靠性上有突出的优势。 在自动化各个行业,成本和技术差别较小的情况下CAN取代RS-485将是一种不可逆转的趋势。

序号

参数特性

RS-485

CAN bus

备注

1

最大通讯距离

1.2 Km

10Km

 

2

单个网络最大节点数量

32

110

 

4

实时性

低——只能轮询

高——无损仲裁,主动发送

 

5

网络特性

分主从

不分主从

 

6

通讯波特率

300~115.2K bps

5K~1M bps

 

7

总线利用率

 

8

总线节点损坏影响

致使总线瘫痪

不影响总线通讯

 

9

开发难度

 

10

扩展成本

网络越大成本增长越高

网络越大成本增长越低

 

11

后期维护成本

 

 

 

 

 

 

 

 

相关协议

CANOPEN

Devicenet

Sds

Cankingdom

 

 

 

CAN总线资料汇总

 

经典教程http://wenku.baidu.com/view/3bb71cc75fbfc77da269b15f.html###

Can总线详解:

http://www.hqew.com/tech/wiki/2216.html

can快速入门

http://wenku.baidu.com/view/779f996caf1ffc4ffe47acaa.html

can总线及其应用

http://wenku.baidu.com/view/938bd9ff941ea76e58fa047c.html

can应用实例

http://wenku.baidu.com/view/9cc3aafb910ef12d2af9e742.html

can总线课件

http://wenku.baidu.com/view/dc992ffeaef8941ea76e05a3.html

can教程

http://www.doc88.com/p-703554699728.html

can协议详解

http://wenku.baidu.com/view/7c3907ee172ded630a1cb601.html

 

 

更多参考资料

周立功

http://www.embedcontrol.com/products/Can-bus/can-bus.asp

 

http://www.adawin.com/CANbus-knowledge/CANbus-vs-RS-485.html

 

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