现场总线CAN-bus的现场安装注意事项和组网方式20100817.doc

现场总线CAN-bus的现场安装注意事项和组网方式一、有关CAN的基础知识1什么事CANCAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。 一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。本广播系统同一网络中允许挂接110个节点。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。CAN能够使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等。最常用的就是双绞线。信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L”，静态时均是2.5V左右，此时状态表示为逻辑“1”，也可以叫做“隐性”。用CAN_H比CAN_L高表示逻辑“0”，称为“显形”，此时，通常电压值为：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V 。 2CAN的特点CAN具有十分优越的特点。这些特性包括： l 国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高；l 传输距离远（无中继时最远10Km，5Kbps速率下），传输速率快（最高可到1Mbps，此时通信距离最长为40m）；l 单条总线最多可接110 个节点，并可方便的扩充节点数；l CAN为多主方式工作，即总线上各节点的地位平等，网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息，而不分主从，突发数据可实时传输；l 非破坏的总线仲裁技术，可多节点同时向总线发数据，总线利用率高；l 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；l 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；l 对未成功发送的报文，硬件有自动发功能，传输可靠性很高；l 具有硬件地址滤波功能，可简化软件的协议编制；l 通讯介质可用普通的双绞线、同轴电缆或光纤等；3CAN-bus 与RS-485 比较与通常应用的RS-485 标准相比，现场总线CAN-bus 具有更多方面的优势，可以完全取代RS-485 网络，从而组建一个具有高可靠性、远距离、多节点、多主方式的设备通讯网络。同时，现场总线CAN-bus 可以直接使用RS-485 标准相同的传输电缆、拓扑结构，方便原有设计资源的系统升级。将CAN-bus 总线与RS-485 标准的特性进行比较，区别如表格 1 所示：表格 1 CAN-bus 总线与 RS-485 标准的特性比较特性RS-485 方式CAN-bus 总线拓扑结构直线拓扑直线拓扑传输介质双绞线双绞线硬件成本很低每个节点成本有所增加总线利用率低高网络特性单主结构多主结构数据传输率低最高可达1Mbps 容错机制无由硬件完成错误处理和检错机制通讯失败率很高极低节点错误的影响故障节点有可能导致整个网络瘫痪故障节点对整个网络无影响通讯距离1.2Km 可达10Km（5Kbps） 后期维护成本较高很低二、CAN总线的组网方法井下CAN-bus 网络布线的一个基本原则是主干线的布置要沿着主要的巷道，对于所有的分支巷道都要通过CAN中继器挂接到主干线上，如果分支长度小于800m，则不需要通过CAN中继器，网络拓扑如图 1所示。图1 井下CAN-bus 网络布线拓扑图当然这个主干线的长度不能超过4km，超过4km需要再在主干线添加CANHUB。分支F由于总长小于800m，故不在此加中继器，也不加终端电阻。对于类似分支F的分支，它们分支线长度，一般建议尽可能的短，同一总线网络的类似分支F的分支累积长度建议不超过1.9km。终端电阻对 CAN 总线的远传输距离是有巨大的影响。不加终端电阻则通讯肯定不能成功；加得不合适，即和导线的特征阻抗不匹配，那就可能发生一定程度的反射，造成 CAN 的错误增多，影响正常工作。终端电阻的连接是网络布线中必须注意的。主干线的最远两端必须各接一个120 欧姆的终端电阻，对于主干线上的其它任何设备不用接终端电阻。除非CAN中继器处于主干线的终端位置，否则同样不用连接终端电阻。对于连接到CAN中继器的分支线网络，如果CAN中继器的所处位置是在分支网络的终端，则在CAN中继器上，分支网络的120 欧姆终端电阻必须连接；同时，要在同一分支网络的另外一个端点上连接120 欧姆终端电阻。如果CAN中继器并不处于分支网络的终端（比如位于分支网络中间），则只需在分支网络的两个端点各安装一个120 欧姆终端电阻，CAN中继器上不用连接终端电阻。依据CAN总线的特性，结合广播系统的特点和现场的实际情况，现总结出CAN广播系统的组网注意事项：1整体网络必须呈总线型。终端电阻应加在总线最长的两端。如图2所示；图2 CAN总线网络拓扑结构2如果是长分支（超过800m），或单段总线长度超过 4km，则须加 CAN 中继器，进行网络拓扑的改造，注意每个过一个中继器都是一段总线，须接入自己本段的一对终端电阻。3阻抗，一个完整的总线在长度L2km的时，测试CAN_H和CAN_L之间的阻抗约为60-80欧姆；在2kmL4km时，测试CAN_H和CAN_L之间的阻抗约为70-90欧姆；其中阻抗在90欧姆Z200欧姆之间，即说明这段总线上只接了一个终端电阻；大于200欧姆即说明这段总线上没有接终端电阻；小于60欧姆即说明这段总线上有超过两个的终端电阻。一般情况下，总线上有超过两个的终端电阻语音广播的音质会明显下降，或者是上位机根本无法呼救下位机，但有可能上位机可以收到下位机发送过来的信号。4分支的接法，建议在分叉的地方最好是在某个喇叭节点上直接分出，尽量不要用三通直接拆分（即由一对线拆分为两对线），但是可以用三通做分线用（即将一路两对线分开为两路单对线）；5本广播系统目前采用10kbps的速率传输，使用MHYVP(2*2*7/0.43) 矿用通信电缆，无中继有效传输距离不大于4km，单分支长度不大于800m，同一总线网络中的最大节点数为110个；矿用通信电缆MHYVP(2*2*7/0.43)的一些