CAN總線(xiàn)標準接口與布線(xiàn)規范

　　工業(yè)4.0時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，基于自主優(yōu)先級仲裁和錯誤重發(fā)機制的CAN總線(xiàn)應用十分廣泛，相同的各種總線(xiàn)故障和問(wèn)題也十分困擾工程師，其實(shí)最好的解決辦法就是產(chǎn)品前期設計要相對的嚴謹，今天主要帶大家熟悉CAN總線(xiàn)的常用接口和布線(xiàn)規范。

　　隨著(zhù)CAN總線(xiàn)技術(shù)的應用愈發(fā)廣泛，不僅涉及汽車(chē)電子和軌道交通，還包括醫療器械、工業(yè)控制、智能家居和機器人網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)等，當然我們的工程師也被各種奇葩的總線(xiàn)問(wèn)題困擾，與其后期解決問(wèn)題，不如前期有效規避。

　　一、常見(jiàn)的CAN總線(xiàn)標準接口

　　CAN總線(xiàn)接口已經(jīng)在CIA出版的標準CIA 303_1進(jìn)行明確規定，熟知接口定義有助于提高自身產(chǎn)品和其它設備兼容性。

　　1.DB_9端子

　　圖 1 DB_9接口定義

　　圖1一般工業(yè)中最常用的9針D-Sub連接器，分公頭和母頭，這里值得一提的是引腳6和9在標準中也是定義了功能的，9定義為收發(fā)器/光耦合器的正極電源，但在工業(yè)領(lǐng)域常常會(huì )有所變化，6和9也常用做CAN設備電源電壓的輸入引腳，但這種技術(shù)局限性較大，因為通過(guò)引腳運輸到的電流非常有限，參考標準CIA 303_1。

　　2.OPEN_5端子

　　圖 2 Open_5接口定義

　　圖2是Open_5形式的接口定義，如果OPEN_4端子的一般使用1-4pin或2-5pin，如果Open_3端子的一般使用的2-4pin，需根據實(shí)際情況選擇。

　　3.M12端子

　　圖 3 M12接口定義

　　圖3是M12形式的接口定義，在這里可能沒(méi)有什么特別需要注意的點(diǎn)，還有就是除了5pin的接口還有8pin、9pin、10pin和12pin的接口，具體的定義不在贅述，可參考標準CIA 303_1。

　　二、CAN總線(xiàn)布線(xiàn)規范

　　如果你是一個(gè)CAN總線(xiàn)的入門(mén)小白，下面的總線(xiàn)布線(xiàn)規范，你可能得收藏起來(lái)，在你組網(wǎng)布線(xiàn)的時(shí)候時(shí)不時(shí)拿出來(lái)看看，相信對你會(huì )非常有幫助。

　　1.CAN總線(xiàn)布線(xiàn)形式

　　1)“手牽手”式連接

　　圖 4 “手牽手”式連接

　　手牽手布線(xiàn)是最基本的一種方式，需要注意的是在布線(xiàn)的時(shí)候電阻和電抗分配必須合理，一般要求在首尾兩端各配一個(gè)120歐的終端電阻，不可只接單端或不接。

　　2)“T”型連接

　　圖 5 “T型”連接

　　“T型連接”的布線(xiàn)方式需要注意的是分支的長(cháng)度，一般波特率在1M的情況下，分支長(cháng)度最好不要超過(guò)0.3m,如果需要增加分支長(cháng)度，可以降低通訊速率或者使用(CANbridge+)中繼器延長(cháng)距離，一般情況分支布線(xiàn)的情況符合圖 5即可。

　　圖 6 分支距離和波特率的關(guān)系

　　3)星型拓撲結構

　　圖 7 星型拓撲結構

　　對于星型拓撲結構來(lái)說(shuō)需要注意的是每個(gè)分支的終端電阻的匹配，一般等距離分支終端電阻R=N(分支數)*60即可，如果不等距，需要根據實(shí)際情況進(jìn)行匹配，星型組網(wǎng)一般推薦使用(CANHUB-AS4)集線(xiàn)器，能夠有效隔離子網(wǎng)絡(luò )的干擾，延長(cháng)通訊距離。

　　2.組網(wǎng)功能實(shí)現

　　選好組網(wǎng)的形式之后，那么我們就要考慮實(shí)際組網(wǎng)后的功能是否能夠滿(mǎn)足需求，接下來(lái)我就通過(guò)一個(gè)案例來(lái)跟大家簡(jiǎn)單分享一下;

　　圖 8 組網(wǎng)示意圖

　　上面的案列比較簡(jiǎn)單，中控室一般采用電腦控制，但是電腦的接口一般是PCI/CPCI/USB接口居多，需要使用相關(guān)的接口轉換卡引出，接著(zhù)就是傳輸距離和傳輸速率關(guān)系，一般遵循【傳輸距離(km)=(50000/波特率(byte))*0.8】，僅作參考，應視具體情況而定，如果你想要更長(cháng)的傳輸距離和傳輸速率，以下方案可提供參考：

　　1)增加中繼設備(Can Bridge+)，一般傳輸距離增加一倍;

　　2)使用CAN轉光纖設備(CANHub-AF2S2),光纖抗干擾能力強，傳輸距離一般是CAN傳輸距離的2倍;

　　3)使用CAN轉以太網(wǎng)(CANET-XE-U)，以太網(wǎng)傳輸速率一般都是10/100/1000M，減少信號傳輸時(shí)間。

　　現在我們基本上解決組網(wǎng)形式和傳輸的問(wèn)題，可能大家忽略了兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是傳輸線(xiàn)纜的選擇，到底是用多粗的線(xiàn)纜、是否屏蔽、雙絞線(xiàn)還是平行線(xiàn)呢?

　　3.總線(xiàn)組網(wǎng)線(xiàn)纜的選擇

　　圖 10 電纜選擇和終端電阻匹配

　　在這里不得不說(shuō)，同我接觸的很多CAN總線(xiàn)的工程師，都會(huì )忽略這個(gè)電纜選型和終端電阻匹配問(wèn)題，對于電纜選型很多工程師好像是對線(xiàn)纜的重視程度還不夠，一般選擇平行線(xiàn)纜帶屏蔽的線(xiàn)纜，雖然帶屏蔽了，但是CAN_H和CAN_L平行布線(xiàn)并不能很好的抑制共模干擾，導致總線(xiàn)傳輸總是偶發(fā)一些錯誤幀，導致數據重發(fā)，占用總線(xiàn)資源和其它數據傳輸，造成關(guān)鍵數據傳輸延遲，對研發(fā)工程師造成了極大的困擾，導致項目延遲;

　　其次就是終端電阻對總線(xiàn)的影響，不能只記著(zhù)120歐的終端電阻，也應該根據不同長(cháng)度和電纜的選擇合理配。