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CAN总线论文题 目 ： CAN总线技术及应用 院 （系）： 专 业： 学生姓名： 学 号： 时 间： 成绩评语CAN总线技术及其应用摘要：CAN是ISO国际标准化的串行通信协议。CAN总线技术是当今比较实用的现场总线技术。因具备独特的设计、较高的可靠性及特性，适合工业过程监控设备的互连。本文分析了CAN总线的技术特点及应用趋势，对CAN 总线在汽车领域的应用进行了深入的探讨。关键字：CAN总线；报文传输；汽车电子；智能系统1 引言在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便 、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN 通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。CAN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具有明显的优越性。1986年德国最大的工业企业之一Rober Bosch公司首次提出了应用于汽车内各种传感器和执行器之间相互通信的CAN 总线（Controller Area Network）技术以来，以其可靠性、实时性和灵活性强的特点，得到了诸多汽车开发商的青睐。本文介绍了CAN总线的技术特点及应用趋势，对CAN总线在汽车领域的应用进行了深入的探讨。2 CAN总线的特点及应用趋势2.1 CAN总线的特点CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。2.1.1 CAN总线的数值表示与通信距离CAN总线协议是建立在国际标准组织的开放系统OSI 7层互连参考模型基础之上的。其模型结构只有3层，即只取OSI底层的物理层、数据链层和应用层，保证了节点间无差错的数据传输。CAN总线上用“显性”（Dominant）和“隐性”(Recessive)两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。如图1 所示，VCNA-H和VCAN-L为CAN总线收发器与总线之间的两接口引脚，信号是以两线之间的“差分”电压形式出现。在隐性状态，VCNA-H和VCAN-L被固定在平均电压电平附近，Vdiff近似于0。显性位以大于最小阀值的差分电压表示。CAN总线的通信距离最远可达10Km(位速率为5kbps)，通信速率最快可达1Mbps（此时最长通信距离为40m）。图 1 CAN总线的位数值传输方式2.1.2 报文传输CAN技术的报文传输为多主方式工作，网络上任意节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，而不分主从。CAN节点只需通过对报文的标示符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式发送并接收数据。CAN总线的数据传输（报文传输）采用帧格式。按帧格式的不同，分为含有11位标识符的标准帧和含有29位标识符的扩展帧。CAN总线的帧类型分为数据帧、远程帧、错误帧和过载帧。2.1.3 仲载（Arbitration）只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。如果两个或两个以上节点同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。通过使用标识符的逐位仲裁可以解决这个冲突。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同标识符的数据帧和远程帧同时发送时，数据帧优先于远程帧。在仲裁期间，每一个发送器都对总线进行监测，如果发送和接收电平相同，则该节点可以继续发送报文。比如发送的是一“隐性”电平，而监视到的是一“显性”电平，那么这个节点就失去了仲裁，必须退出发送状态。2.1.4 完成对通信数据的成帧处理CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数通讯。CAN总线插卡可以任意插在PC AT XT兼容机上，方便地构成分布式监控系统。2.2 CAN总线的应用趋势 随着机械制造技术中不断应用高新技术，CAN 总线这个名词逐渐被人们所熟知，CAN总线是对机械中标准的串行传输系统的一种简缩习惯的叫法。CAN 的英文全称是Controller Area Network，既控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴，是现场总线的新一代局域通讯网络，又称为控制器局域网现场总线（CAN）。随着计算机硬件、软件及集成电路技术的迅速发展，同时消费类电子产品、计算机外设、汽车和工业应用等的需求不断增加。高速、高可靠和低成本的通信介质的要求也随之提高。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，它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。微处理器中常用的串行总线是通用异步接收器传输总线(UART)、串行通信接口(SCI)、同步外设接口(SPI)、内部集成电路(I2C)和通用串行总线(USB)，以及车用串行总线，包括控制器区域网(CAN)和本地互连网(LIN)等。这些总线在速度、物理接口要求和通信方法学上都有所不同。在计算机数据传输领域内，长期以来使用的通信标准，尽管被广泛使用，但是无法在需要使用大量的传感器和控制器的复杂或大规模境下使用。控制器局部网CAN(CONTROLLER AREA NETWORK)就是为适应这种需要而发展起来的。随着汽车电子技术的发展，消费者对于汽车功能的要求越来越多，汽车上所用的电控单元不断增多，电控单元之间信息交换的需求，使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线，这就促进了车用总线技术的发展。CAN总线的出现，就是为了减少不断增加的信号线，所有的外围器件都可以被连接到总线上。由于CAN总线具有可靠性高、实时性好、成本合理等优点,逐渐被应用于如船舶、航天、工业测控、自动化、电力系统、楼宇监控等其他领域中。现代机械中所使用的电子控制系统和通讯系统越来越多，如发动机电控系统、防抱死系统（ABS）、自动巡航系统（ACC）和车载多媒体系统，这些系统之间，系统和显示仪表之间，系统和故障诊断系统之间均需要进行数据交换，如此巨大的数据交换量，如仍然采用传统数据交换的方法，用导线进行点对点连接的传输方式将是复杂的工程。据统计，如果一个中级轿车需要线束插头300个以上，插针总数18002200个，线束总长超过1.52.0 km，装配复杂而且故障率很高。CAN 总线能够以较低的成本、高级的实时处理能力在强电磁干扰环境下高安全工作。因此，用CAN 总线系统的分系统取而代之就成为必然的选择。现场总线控制系统应用于生产现场，既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统，是一项以智能传感器，控制，计算机，数字通信，网络为主要内容的综合技术。3 CAN总线在汽车领域的应用3.1 CAN总线技术的应用国外知名汽车基本都已经采用了CAN总线技术。例如沃尔沃、林肯、奥迪、宝马、等；而国内汽车品牌，例如奇瑞、等公司也已经有几款车型应用了总线技术。CAN总线技术就是通过遍布车身的传感器，将汽车的各种行驶数据发送到“总线”上，在这个信息共享平台上，凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息，从而使汽车的各个系统协调运作、信息共享、保证车辆安全行驶、舒适和可靠。一般来说，越高档的车配备的CANBUS数量越多，价格当然也越高，如途安、帕萨特等车型当中都配备了多个CAN总线。3.2 汽车CAN总线节点ECU的硬件设计汽车CAN总线研发的核心技术就是对带有CAN接口的ECU进行设计，其中ECU的CAN总线模块由CAN控制器和CAN收发器构成。CAN控制器执行完整的CAN协议，完成通讯功能，包括信息缓冲和接收滤波。CAN控制器与物理总线之间需CAN收发器作为接口，它实现CAN控制器与总线之间逻辑电平信号的转换。3.3 CAN 总线在国内自主品牌汽车中的应用由于受成本控制、技术实力等因素的限制，CANBUS总线技术一般都出现在国外高端汽车，在A级及以下级别车型当中，该项技术大多出现在合资品牌当中，如POLO、新宝来等。在自主品牌中，采用CAN总线技术的车型中很少，风云2则是其中的代表车型。风云2 CAN总线技术，可以实现发动机、变速箱、ABS、车身、仪表及其他控制器的通讯，做到全车信息及时共享。在风云2 的组合仪表盘当中，阶段里程、未关车门精确显示、安全带未系提醒等20多项信息全部可以显示，比同级产品增加一倍，这样增加了驾驶过程中的安全度。另外，在CAN 总线技术的帮助下，内部各种传感器实现信息共享后，大大减少了车体内线束和控制器的接口数量，避免了过多线束存在的互相干涉、磨损等隐患，降低了汽车电气系统的故障发生率。打开发动机舱盖，看到的是清晰简洁的舱内布局。维修方面，CAN总线技术的应用也使得故障排查得到最便利的保证。CAN总线智能管家系统符合欧美OBDII标准法规，实现了在线诊断的功能。在车辆发生故障后，各个控制器通过CAN 总线智能管家系统存储故障代码，由专业人员，通过诊断仪为车辆诊断出各种故障状态，快速准确地查找到故障点，第一时间排除故障。利用CAN总线技术实现系统集成的信息传输，大大提高了各部件的响应速度，减少了配件磨损发生率，也相应的降低了维修成本；而且，先进集成技术的应用，也大幅提高了车辆自身的科技含量，增强了产品竞争力。4 CAN总线的发展前景 CAN最初是用于汽车行业的监测、控制，用来解决汽车内部的复杂硬件信号接线的低成本通信总线，现今CAN总线已经被公认为一种可靠的网络总线在汽车上得以应用。CAN总线共享信息和资源，总线的数据通信提高了系统可靠性、实时性、灵活性、可维护性,更好地匹配和协调各个控制系统。随着汽车电子技术的发展具有高度灵活性、简单的扩展性、优良的抗干扰性和处理错误能力的CAN总线，越来越受到人们的重视，它在汽车领域上得到了广泛的应用。世界上一些著名的汽车制造厂商，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。近年来CAN总线已发展成为汽车电子系统的主流总线，已形成国际标准的现场总线，并由ISO正式颁布了ISO11898CAN高速应用标准和ISO11519CAN低速应用标准，这为CAN总线的标准化、规范化铺平了道路。 CAN总线以其高性能,高可靠性及独特的设计，在现代分布式测量与控制技术领域中的应用已愈来愈广泛。同时由于CAN总线自身的特点，其应用范围目前已不再局限于汽车行业，而是转向铁路、交通、自动控制、航空航天、航海、机械工业、机器人、医疗器械及安防等领域发展。CAN总线的发展已经颇具规模，它不仅在汽车领域的应用占据一定优势，在其他工业领域内也占有一席之地。这要归根于通信技术的不断进步，对通讯本身的要求不断提高，对性价比的关注也逐步提升，这种形势下CAN总线的优势在于其优越的抗干扰能力和性价比。尽管CAN总线有一定局限，甚至还有漏洞，但对CAN总线的改进还在继续，相信在未来的发展中，CAN总线通过不断的更新和改进，能够取得更大的进步。4 结论CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。该总线以CAN总线控制器和驱动器为硬件基础，采用了开放式仲裁机制和“隐性”、“显性”位信号差分通信方式，保证了报文传输的可靠性、准确性、快速性和实时性。因此国外知名汽车基本都已经采用了CAN 总线技术。参考文献1 甘永梅,李庆丰等.现场总线技术及其应用M.北京:机械工业出版社,2005.2 饶运涛,邹继军等.现场总线CAN 原理与应用技术M.北京:北京航空航天大学出版社,2004.3 王练，刘坚控制器局域网络在大众汽车中的应用J.汽车电器，2000(2): 147-1