|
CAN全稱為“ControllerAreaNetwork”，簡稱CAN，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)出來。出于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性要求不盡相同，且因多條總線構(gòu)成的情況復(fù)雜、線束數(shù)量增加。為了適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需求，1986年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN通信協(xié)議。此后，CAN通過IS011898及IS0 11519進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，CAN的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。 CAN總線的特點 1、CAN是一種多主總線，即每個節(jié)點機均可成為主機，他們之間都可進(jìn)行通信。 2、硬件方面，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1mb/s。 3、CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗、優(yōu)先級判別等項工作。 4、CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，改為從通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義211或229個不同的數(shù)據(jù)塊，這種數(shù)據(jù)塊編碼方式，還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點在分步式控制中非常重要。 5、數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。 6、CAN協(xié)議采用了crc檢驗并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN總線所具有的極高的可靠性和獨特設(shè)計，特別適合工業(yè)設(shè)各測控單元互連。工業(yè)界的地位不可小覷，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。 CAN總線的工作原理 CAN總線使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協(xié)議支持多主控制器。CAN與I2C總線的許多細(xì)節(jié)很類似，但也有一些明顯的區(qū)別。 當(dāng)CAN總線上的一個節(jié)點（站）發(fā)送數(shù)據(jù)時，它以報文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點。對每個節(jié)點來說，所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行了接收。每組報文開頭的11位字符為標(biāo)識符，定義了報文的優(yōu)先級，這種報文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識符是唯一的，不可能有兩個站發(fā)送具有相同標(biāo)識符的報文。當(dāng)幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。 當(dāng)一個站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時，該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時，轉(zhuǎn)為發(fā)送報文狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出，這時網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個處于接收狀態(tài)的站對接收到的報文進(jìn)行檢測，判斷這些報文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。 由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準(zhǔn)的控制系統(tǒng)并靈活地進(jìn)行配置。所以在CAN總線中加進(jìn)一些新站非常便利且無需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。當(dāng)所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控制器需要測量數(shù)據(jù)時，可由網(wǎng)上獲得，而無須每個控制器都有自己獨立的傳感器。 CAN總線的優(yōu)點 1、高性能：具有實時性強、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點； 2、抗干擾：采用雙線串行通信方式，糾錯能力強，可在高噪聲多干擾環(huán)境中工作； 3、高集成：具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，可實現(xiàn)多個控制模塊通過CAN 控制器集合到CAN-bus 上，從而形成多主機局部網(wǎng)絡(luò)； 4、可控性：可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文； 5、驗證與糾錯：可靠的錯誤處理和檢錯機制； 6、修復(fù)能力：發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)； 7、智能化：節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動退出總線的功能； 8、安全性：報文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息。 CAN總線缺點 1、可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)不一致性 2、可能出現(xiàn)的不可預(yù)估錯誤 3、信道堵塞情況 CAN總線的應(yīng)用 1.樓宇自動化 在樓宇自動化中，現(xiàn)代的建筑安裝系統(tǒng)（通風(fēng)、照明、安全、監(jiān)控）越來越多地建立在CAN總線系統(tǒng)上，通過其現(xiàn)實開關(guān)、按鈕、傳感器、照明設(shè)備、其他執(zhí)行器和多控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)建筑中各操作單元之間的協(xié)作，并對各單元不斷變化的狀態(tài)實時控制。 2.安全監(jiān)控 在當(dāng)前的各種監(jiān)控系統(tǒng)中，普遍存在可靠性、實時性不高，分站缺乏統(tǒng)一規(guī)范等缺點，不能夠很好地滿足實時監(jiān)控的要求。CAN總線由于具有高數(shù)據(jù)傳輸率、完善的規(guī)范和協(xié)議、高實時性、安全性、可靠性等，可很好解決上述各種問題。多應(yīng)用如：水電站高邊坡監(jiān)控系統(tǒng)、大型遠(yuǎn)程高邊坡監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、輥道陶瓷窖等監(jiān)控系統(tǒng)。 3.汽車工業(yè) 在汽車工業(yè)領(lǐng)域，CAN被設(shè)計作為汽車環(huán)境中的微控制器通信，在車載各電子控制裝置ECU之間進(jìn)行信息交換，并形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。如：汽車動力系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表、車載網(wǎng)絡(luò)、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。其應(yīng)用使汽車的安全性、舒適性、動力性等性能更智能現(xiàn)代化。現(xiàn)在CAN的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面，CAN總線在當(dāng)今自動化領(lǐng)域成長迅速、被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)絡(luò)。它實現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)對象各節(jié)點之間進(jìn)行實時、可靠的數(shù)據(jù)通信。 |
