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CAN总线 1 CAN CANBus 控制器局域网络总线 2 CAN总线系统介绍 历史 CAN是由Bosch和Intel在八十年代末开发 用于连接客车和卡车ECU的标准化的总线系统 CAN2 0标准在1991年发布 迄今沿用 1993年CAN成为国际标准ISO11898 高速应用 和ISO11519 低速应用 如今CAN总线在自动化领域中作为现场总线普遍使用 3 CAN总线系统介绍 现状 由于CAN总线的特点 得到了Motorola Intel Philip NEC等公司的支持 它广泛应用在离散控制领域 其应用范围目前已不仅局限于汽车行业 已经在自动控制 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中得到了广泛应用 4 CAN总线 优点 40 60个控制器 通过CANBUS 技术找到了解决办法和可能性 5 CAN总线 优点 1 利用最少的传感器信号线来传递多用途的传感信号 设备控制更加精确 智能 3 线束与接头更少 故障率低 检修方便 系统稳定性高 4 如果系统需要增加新的功能 仅需软件升级即可 5 各电控单元的监测器对所连接的CAN总线进行实时监测 通过控制单元和辅助安全措施对传递信息的持续检查 可以达到最低的故障率 6 CAN数据总线符合国际标准 以便同一个建筑内不同厂家的控制单元间进行数据交换 6 CAN总线特点 1 1 数据通信没有主从之分 任意一个节点可以向任何其他 一个或多个 节点发起数据通信 靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序 2 多个节点同时发起通信时 优先级低的避让优先级高的 不会对通信线路造成拥塞 3 通信距离最远可达10KM 速率低于5Kbps 速率可达到1Mbps 通信距离小于40M 4 CAN总线传输介质可以是双绞线 同轴电缆 CAN总线适用于大数据量短距离通信或者长距离小数据量 实时性要求比较高 多主多从或者各个节点平等的现场中使用 7 5 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 具有较强的抗干扰能力 6 采用短帧结构 传输时间短 受干扰概率低 具有极好的检错效果 7 每帧信息都有CRC校验及其他检错措施 保证了数据出错率极低 8 节点数主要取决于总线驱动电路 目前可达110个 CAN总线特点 2 8 CAN总线系统 基础概念 数据总线 各个节点间进行数据通信的通道 即所谓的信息高速公路 9 CAN总线系统 基础概念 多路传输 在同一个通道上或线路上同时进行多条信息的传输 CAN总线使用的 时分多路传输 10 CAN总线组成 CAN总线 硬件 软件 11 CAN总线组成 12 13 CAN总线组成 硬件 数据传输终端 数据传输终端实际上就是两个阻抗为120欧姆的电阻 也称为终端电阻 总线上的总阻抗大概是60 70欧姆左右 终端电阻的大小和传输线相关 13 CAN总线组成 硬件 分支线 分支线的长度不能太长 一般要去不要超过6M 14 15 CAN总线组成 硬件 通信节点 通信节点 总线上数据通信的发起者和接受者 在楼宇自动化系统中CAN总线的通信节点一般是各种电脑 传感器 控制器 执行器等 15 CAN总线组成 硬件 导线 传输线 两条扭绞在一起的导线称为双绞线 两条导线分别叫CAN High和CAN Low线 或者简称CAN H和CAN L 16 CAN总线组成 硬件 导线 为什么要使用双绞线呢 生产麻烦还浪费材料 17 CAN总线组成 硬件 导线 为了减少干扰 CAN Bus的传输线采用双绞线 其绞距为20mm 截面积为0 35mm2或0 5mm2 18 CAN总线组成 硬件 导线 修理要求 修理时不能有大于50mm的线段不绞合 修理点之间的距离至少要相隔100mm 以避免干扰 19 CAN总线现场布线施工的电缆规格选择 一般推荐如下 普通双绞屏蔽型STP 120 forRS485 CAN onepair20AWG 电缆外径7 7mm左右 适用于室内 管道及一般工业环境 使用时 屏蔽层一端接地 普通双绞屏蔽型STP 120 forRS485 CAN onepair18AWG 电缆外径8 2mm左右 适用于室内 管道及一般工业环境 使用时 屏蔽层一端接地 铠装双绞屏蔽型ASTP 120 forRS485 CAN onepair18AWG 电缆外径12 3mm左右 可用于干扰严重 鼠害频繁以及有防爆要求的场所 使用时 建议铠装层两端接地 最内层屏蔽一端接地 20 CAN总线组成 硬件 导线信号 导线上的具体是什么样的电信号呢 CAN总线上应该出现的只有0和1信号 通过两条信号线上电压差的大小来表示0和1 即差分电压传输 信号 CAN H CAN L 21 CAN总线组成 硬件 导线信号 CAN H的高电平为 3 5伏CAN H的低电平为 2 5伏CAN L的高电平为 2 5伏CAN L的低电平为 1 5伏逻辑 1 CAN H 2 5VCAN L 2 5V电压差 2 5V 2 5V 0V逻辑 0 CAN H 3 5VCAN L 1 5V电压差 3 5V 1 5 2 0V CAN总线电压信号 22 CAN总线组成 硬件 导线信号 显性电平和隐形电平CAN总线电平的差值 电压为2V时 显性位对应 0 电压为0V时 隐性位对应 1 在一个时刻总线上只有一种电平 显性或隐性 23 差分传输抗干扰具有很强的能力 CAN总线组成 硬件 导线信号 由于CAN H线和CAN L线是紧密的放置在一起的 所以干扰脉冲X就总是有规律地同时作用在两条线上 24 差分传输抗干扰具有很强的能力 CAN总线组成 硬件 导线信号 由于差动信号放大器总是用CAN H线上的电压 3 5V X 减去CAN L线上的电压 1 5V X 因此在经过处理后 差动信号中就不再有干扰脉冲了 信号 3 5 X 1 5 X 2V 线路的改装和重新布置时必须要将一对CAN总线放置在一起 25 传感器执行元件 模块控制器 CAN控制器 CAN收发器 TX RX 控制设备 CAN总线组成 硬件 通信节点 传感器执行元件 模块控制器 CAN控制器 CAN收发器 TX RX 执行设备 CAN H CAN L 26 CAN总线组成 软件 多主通信 所有控制单元都具有相同的条件 即每一个节点的权利相同都能占用总线 发送和接收 利用CSMA CA原理来实现多主通信 SG1温度传感器 SG2控制器单元 SG3执行器控制单元 SG4计算机控制单元 CAN Bus 27 CSMA CA原理 CSMA CA协议的工作流程是 一个工作站希望在网络中传送数据 如果没有探测到网络中正在传送数据 则附加等待一段时间 再随机选择一个时间片继续探测 如果网路中仍旧没有活动的话 就将数据发送出去 接受端的工作站如果受到发送端送出的完整的数据则回发一个ACK数据报 如果这个ACK数据报被接收端收到 则这个数据发送过程完成 如果发送端没有收到ACK数据报 则或者发送的数据没有被完整地收到 或者ACK信号的发送失败 不管是那种现象发生 数据报都在发送端等待一段时间后被重传 28 CAN总线组成 软件 广播通信 总线上的所有模块都能接受到发送模块送发送的信息 29 CAN总线组成 软件 优先级 传感器单元 计算机单元 控制器单元 优先权 Databuswires 30 CAN总线组成 软件 仲裁功能 在总线空闲状态 最先开始发送消息的单元获得发送权 仲裁功能 如果2个或2个以上的单元同时开始传送报文 那么就会有总线访问冲突 仲裁的机制确保了报文和时间均不损失 保证高优先级数据的顺利传输 不同数据的优先级实际上通过仲裁功能来实现的 31 CAN的位仲裁技术 多个单元同时开始发送时 各发送单元从仲裁域的第一位开始进行仲裁 连续输出显性电平最多的单元可继续发送 丢失竞争的单元在下一bit进入接收操作 比如 多个节点在总线空闲时同时竞争使用总线 多个设备都发送 1 时 就都可以继续使用总线 而当其中有一个节点发送 0 而其他节点继续发送 1 那么发送 0 的节点可以继续发送 而发送 1 的节点就要放弃使用总线 退出总线竞争 等待下一次总线空闲在发送 这是通过CAN的帧ID进行多主仲裁 所以ID小的CAN帧发送优先级高 可以更多的竞争总线 一旦节点占用总线 就得等其使用完毕 总线空闲时 节点才再次竞争使用总线 32 CAN总线组成 软件 仲裁功能 标识符越小优先级越高 标识符为 0000000000 的数据报文是所有可能出现的报文中优先级最高的 33 CAN的位仲裁技术 缺点由于CAN总线采用的是固定优先级 当所有的节点都随机的向总线发送数据时 具有低优先级的节点是比具有高优先级的节点具有较大的发送失败几率 每次具有较低优先级的节点都会在总线竞争中失败 从而导致它一个数据都发不出去 或者发送的数据有较大的延时 34 CAN总线组成 软件 错误重传 错误重传功能 当某一通信节点发送一个数据帧之后 它必须接受到一个应答信号 才认为发送已经成功 否则该通讯节点重发该数据帧 目的 在存在干扰的情况下 尽可能的保证通讯能够成功 35 CAN总线组成 软件 错误断开 错误断开功能 当某一通信节点出现一定次数的通信错误后 能主动从总线上退出 相当于该节点从物理上同总线断开连接 目的 防止通信出错的节点对总线上其它节点的产生影响 保证总线上剩下的节点能正常通信 36 CAN技术和485通讯的区别 通信距离 RS 485总线最大传输距离是1 2km CAN总线最大传输距离是10km 传输速率 RS 485总线的传输速率为300 10Mbps CAN网络的传输速率为5K 1Mbps 网络结构 RS 485总线网络构成主从式集散控制系统 CAN可以点对点 一对多及广播集中方式传送和接受数据 网络容量 RS 485总线网络的一条通道最大可接255个节点 CANCAN上的节点数实际可达110个或更多 37 CAN技术和485通讯的区别 通信方式 RS 485总线网络难于进行实时通信 CAN采用非破坏性技术