針對CAN總線(xiàn)傳輸距離問(wèn)題提出的方案
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從上面的電路圖以及數據分析可以看出：在距離偏遠時(shí)，總線(xiàn)線(xiàn)電壓已經(jīng)處于臨界識別狀態(tài)，其數據很難正常接收(已經(jīng)沒(méi)有可靠性可言)。為此我們嘗試采用以下幾個(gè)方案進(jìn)行了實(shí)驗。
1.1.1 在線(xiàn)路中直接加兩個(gè)發(fā)送芯片
該方案就是在總線(xiàn)線(xiàn)路中直接加入兩個(gè)發(fā)送芯片(采用82C250為例)[3]，并把發(fā)送芯片的管腳TXD和RXD對連。其連接電路如下：
圖1 發(fā)送芯片連接電路圖
整個(gè)電路看似很正常，把左邊的數據傳輸到右邊，右邊的數據傳輸到左邊，實(shí)際上此電路是無(wú)法使用的。此電路接入總線(xiàn)后，只要在總線(xiàn)上有一個(gè)顯性電平出現，那么整個(gè)電路將永遠呈現顯性電平。原因在于每個(gè)期間都有延遲(雖然是僅僅幾個(gè)ns延遲)，假設從電路左邊收到一個(gè)顯性電平，經(jīng)過(guò)左右兩個(gè)82C250芯片延遲Tns后傳輸到右邊CAN總線(xiàn)，另外82C250芯片本身具有同時(shí)發(fā)送、接收功能，那么右邊的82C250芯片同時(shí)把右邊CAN總線(xiàn)的顯性電平又傳送到左邊，這樣就形成了一個(gè)回路，使得總線(xiàn)永遠處于顯性狀態(tài)。
1.1.2 加入邏輯控制電路進(jìn)行隔離
從上面可以看出，在發(fā)送數據時(shí)應該防止數據重傳形成回路。為此我們做了如下規定：在有顯性電平時(shí)只能夠有一個(gè)方向傳輸(哪個(gè)方向先來(lái)顯性電平開(kāi)通哪個(gè)方向，同時(shí)到來(lái)則選擇任一個(gè)方向開(kāi)通);發(fā)送端顯性電平結束后，所有方向都停止T1時(shí)間(Tns
利用CPLD很容易實(shí)現上面的規定邏輯。利用此方案把該電路先連接在總線(xiàn)10Km處，并在10Km不遠處連接一個(gè)接收設備，實(shí)驗能夠接收正常，并且其接收端總線(xiàn)電壓差為1.32V，是單連設備接收電壓差的1.55倍。
1.1.3 線(xiàn)路中間加入CAN卡中轉實(shí)現遠距離數據傳輸(中繼器)
在距離達到10Km時(shí)，其接收數據不正常的原因是由于總線(xiàn)電壓差值較小的緣故。為此，有的采用升壓和降壓電路是不現實(shí)的，因為每個(gè)接收器都得加入一個(gè)調理電路，造價(jià)很明顯就上去了。另外，即使升壓了，由于CAN總線(xiàn)按照仲裁發(fā)送決定了總要遇到方案二中提到的由于延遲總線(xiàn)形成閉合回路的問(wèn)題。
為了達到遠距離傳輸，可以在中間加入中繼器，相當于把總線(xiàn)距離縮短了一倍。中繼器的結構如下：
圖2 中繼器結構示意圖
選擇使用兩個(gè)8031單片機目的在于能夠及時(shí)處理CAN總線(xiàn)上的數據，使得設計也變得比較簡(jiǎn)單，不需考慮CAN總線(xiàn)兩邊的數據發(fā)送沖突。只要每個(gè)單片機有1K的緩存就可以。
具體實(shí)現思路：?jiǎn)纹瑱C接收CAN總線(xiàn)數據，把數據進(jìn)行緩存，在空閑階段把數據傳輸到另一個(gè)單片機(兩者之間通過(guò)SPI協(xié)議實(shí)現通信)，同時(shí)把從另一個(gè)單片機傳輸來(lái)的數據發(fā)送出去。
1.2CAN總線(xiàn)結構[2]
CAN總線(xiàn)系統一般連接結構如圖(以芯片82C250為例)所示，R=120Ω。(注：圖中僅畫(huà)出了一個(gè)智能設備，實(shí)際中可以最多達110個(gè))
圖3 CAN總線(xiàn)系統結構示意圖
CAN總線(xiàn)一般都是利用在環(huán)境比較惡劣，控制室與現場(chǎng)比較遠的場(chǎng)合?？偩€(xiàn)距離達到8Km以上時(shí)，其單向線(xiàn)路電阻將達到100Ω，而兩端的終端電阻為120Ω(不考慮智能設備本身電阻，認為其電阻為無(wú)限大)。其等效電路為圖2：
圖4 CAN總線(xiàn)電路等效圖
對于CAN接收器而言能夠識別的電壓要大于0.8V，一般為0.9V以上。
在實(shí)際的工程中我們是利用此方案實(shí)現遠距離傳輸的，主要原因是可以滿(mǎn)足數據傳輸的可靠性，利用此方案的電路我們進(jìn)行過(guò)節點(diǎn)數達到100的測試，其性能正常、可靠，能夠滿(mǎn)足實(shí)際的需要。
CAN總線(xiàn)技術(shù)作為一種新型的總線(xiàn)技術(shù)由于其具有良好的故障隔離能力、網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)響應能力以及CAN具有良好地傳輸防錯設計等，使其已經(jīng)成為現在最有前途的總線(xiàn)之一。
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