CAN總線(xiàn)原理

控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)（CAN，Controller Area Network）是一種用于實(shí)時(shí)應用的串行通訊協(xié)議總線(xiàn)，它可以使用雙絞線(xiàn)來(lái)傳輸信號，是世界上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。CAN協(xié)議由德國的Robert Bosch公司開(kāi)發(fā)，用于汽車(chē)中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線(xiàn)束。該協(xié)議的健壯性使其用途延伸到其他自動(dòng)化和工業(yè)應用。CAN協(xié)議的特性包括完整性的串行數據通訊、提供實(shí)時(shí)支持、傳輸速率高達1Mb/s、同時(shí)具有11位的尋址以及檢錯能力。
CAN總線(xiàn)是一種多主方式的串行通訊總線(xiàn)，基本設計規范要求有高的位速率，高抗電子干擾性，并且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。CAN總線(xiàn)可以應用于汽車(chē)電控制系統、電梯控制系統、安全監測系統、醫療儀器、紡織機械、船舶運輸等領(lǐng)域。

CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)
1、具有實(shí)時(shí)性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點(diǎn)；
2、采用雙線(xiàn)串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作；
3、具有優(yōu)先權和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機局部網(wǎng)絡(luò )；
4、可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文；
5、可靠的錯誤處理和檢錯機制；
6、發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)；
7、節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下具有自動(dòng)退出總線(xiàn)的功能；
8、報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級信息。

CAN總線(xiàn)的工作原理
CAN總線(xiàn)使用串行數據傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線(xiàn)上運行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線(xiàn)上總線(xiàn)協(xié)議支持多主控制器。CAN與I2C總線(xiàn)的許多細節很類(lèi)似，但也有一些明顯的區別。
當CAN總線(xiàn)上的一個(gè)節點(diǎn)(站)發(fā)送數據時(shí)，它以報文形式廣播給網(wǎng)絡(luò )中所有節點(diǎn)。對每個(gè)節點(diǎn)來(lái)說(shuō)，無(wú)論數據是否是發(fā)給自己的，都對其進(jìn)行接收。每組報文開(kāi)頭的11位字符為標識符，定義了報文的優(yōu)先級，這種報文格式稱(chēng)為面向內容的編址方案。在同一系統中標識符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標識符的報文。當幾個(gè)站同時(shí)競爭總線(xiàn)讀取時(shí)，這種配置十分重要。
當一個(gè)站要向其它站發(fā)送數據時(shí)，該站的CPU將要發(fā)送的數據和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準備狀態(tài)；當它收到總線(xiàn)分配時(shí)，轉為發(fā)送報文狀態(tài)。CAN芯片將數據根據協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對接收到的報文進(jìn)行檢測，判斷這些報文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。
由于CAN總線(xiàn)是一種面向內容的編址方案，因此很容易建立高水準的控制系統并靈活地進(jìn)行配置。我們可以很容易地在CAN總線(xiàn)中加進(jìn)一些新站而無(wú)需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。當所提供的新站是純數據接收設備時(shí)，數據傳輸協(xié)議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過(guò)程同步化，即總線(xiàn)上控制器需要測量數據時(shí)，可由網(wǎng)上獲得，而無(wú)須每個(gè)控制器都有自己獨立的傳感器。

CAN總線(xiàn)的應用
CAN總線(xiàn)在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點(diǎn)以及其高性?xún)r(jià)比據定了它在許多領(lǐng)域有廣闊的應用前景和發(fā)展潛力。這些應用有些共同之處：CAN實(shí)際就是在現場(chǎng)起一個(gè)總線(xiàn)拓撲的計算機局域網(wǎng)的作用。不管在什么場(chǎng)合，它負擔的是任一節點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)通信，但是它具備結構簡(jiǎn)單、高速、抗干擾、可靠、價(jià)位低等優(yōu)勢。CAN總線(xiàn)最初是為汽車(chē)的電子控制系統而設計的，目前在歐洲生產(chǎn)的汽車(chē)中CAN的應用已非常普遍，不僅如此，這項技術(shù)已推廣到火車(chē)、輪船等交通工具中。

1、汽車(chē)制造中的應用
應用CAN總線(xiàn)，可以減少車(chē)身布線(xiàn)，進(jìn)一步節省了成本，由于采用總線(xiàn)技術(shù)，模塊之間的信號傳遞僅需要兩條信號線(xiàn)。布線(xiàn)局部化，車(chē)上除掉總線(xiàn)外其他所有橫貫車(chē)身的線(xiàn)都不再需要了，節省了布線(xiàn)成本。CAN總線(xiàn)系統數據穩定可靠，CAN總線(xiàn)具有線(xiàn)間干擾小、抗干擾能力強的特點(diǎn)。CAN總線(xiàn)專(zhuān)為汽車(chē)量身定做，充分考慮到了汽車(chē)上惡劣工作環(huán)境，比如點(diǎn)火線(xiàn)圈點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生的強大的反充電壓，電渦流緩沖器切斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流及汽車(chē)發(fā)動(dòng)機倉100℃左右的高溫。

隨著(zhù)安全性能日益受到重視,安全氣囊也將逐漸增多,以前是在駕駛員前面安裝一個(gè),今后側面與后座都會(huì )安裝安全氣囊,這些氣囊通過(guò)傳感器感受碰撞信號,通過(guò)CAN總線(xiàn)將傳感器信號傳送到一個(gè)中央處理器內,控制各安全氣囊的啟動(dòng)彈出動(dòng)作。同時(shí),先進(jìn)的防盜設計也正基于CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。首先,確認鑰匙合法性的校驗信息通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳遞,改進(jìn)了加密算法,其校驗的信息比以往的防盜系統更豐富;其次,車(chē)鑰匙、防盜控制器和發(fā)動(dòng)機控制器相互儲存對方信息,而且在校驗碼中攙雜隨機碼,無(wú)法進(jìn)行破譯,從而提高防盜系統的安全性。而這些功能的實(shí)現無(wú)一不借助CAN總線(xiàn)來(lái)完成,CAN總線(xiàn)成為汽車(chē)智能化控制的“定海神針”。
在現代轎車(chē)的設計中,CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置。奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車(chē)都采用了CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。據報道,中國首輛CAN網(wǎng)絡(luò )系統混合動(dòng)力轎車(chē)已在奇瑞公司試裝成功,并進(jìn)行了初步試運行。在上海大眾的帕薩特和POLO汽車(chē)上也開(kāi)始引入了CAN總線(xiàn)技術(shù)。但總的來(lái)說(shuō),目前CAN總線(xiàn)技術(shù)在我國汽車(chē)工業(yè)中的應用尚處于試驗和起步階段,絕大部分的汽車(chē)還沒(méi)有采用汽車(chē)總線(xiàn)設計。國內在技術(shù)、設計和應用上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)的“深造”勢在必行。

2、大型儀器設備中的應用
大型儀器設備是一種參照一定步驟對多種信息采集、處理、控制、輸出等操作的復雜系統。過(guò)去這類(lèi)儀器設備的電子系統往往是在結構和成本方面占據相當大的部分，而且可靠性不高。采用CAN總線(xiàn)技術(shù)后，在這方面有了明顯改觀(guān)。

以醫療設備為例，病理分布式監控系統分別由中央控制式的中央監控單元和現場(chǎng)采集單元。 現場(chǎng)采集單元對醫院各室診斷測量?jì)x器進(jìn)行數據、圖像的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)完成數據統計、存貯； 中央監控單元可以定期或不定期地從現場(chǎng)采集單元獲取數據并完成圖像監測、數據統計、報表、打印及數據庫管理。中央監控單元和現場(chǎng)采集單元之間通過(guò)CAN總線(xiàn)連接在一起，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò )中，中央監控單元處于主控位置，而現場(chǎng)采集單元可以隨時(shí)響應中央監控單元的命令。其現場(chǎng)采集單元由單片機8C552及采集、存儲、顯示、遙控和通信模塊組成,每個(gè)現場(chǎng)采集單元可與10個(gè)測量?jì)x器相接。
Can總線(xiàn)是針對測控領(lǐng)域設計的，所以一次傳輸的報文量很