现场总线---can总线
时间：2022-09-21 07:00:00
现场总线—can总线
摘要：
关键字：
1、引言
CAN 是Controller Area Network 缩写(以下简称CAN），是ISO串行通信协议国际标准化。在汽车行业，由于安全、舒适、方便、公害低、成本低的要求，开发了各种电子控制系统。由于这些系统之间使用的数据类型和对可靠性的要求不同，由多条总线组成的情况很多，线束的数量也增加了。通过多个线束来适应减少线束数量LAN，1986 德国电气商务博世公司为汽车开发了年度汽车CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 在欧洲，经成为欧洲汽车网络的标准协议。
CAN 其高性能和可靠性已得到认可，并广泛应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等领域。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被称为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现节点之间实时可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。
CAN是控制器局域网(Controller Area Network, CAN)简称是一种串行通信网络，可实现分布式实时控制。
优点：
最高传输速度为1Mbps，通信距离最远到10km，无损位仲裁机制，多主结构。CAN控制器的价格越来越低。
? 低成本：ECUs通过单个CAN接口通信，布线成本低。
? 高集成：CAN总线系统允许在所有ECUs集中错误诊断和配置。
? 可靠性：该系统对子系统的故障和电磁干扰具有很强的鲁棒性，是汽车控制系统的理想选择。
? 高效：可通过id优先排序消息，以获得最高优先级id不被中断。
? 灵活性：每一个ECU包括一个用于CAN总线收发芯片，随意添加CAN总线节点。
2、can总线的物理结构和特点
（1）、CAN总线网络
CAN主要挂在总线网络上CAN_H和CAN_L，为了避免信号的反射和干扰，每个节点都需要通过这两条线实现信号的串行差异传输CAN_H和CAN_L由于电缆的特性阻抗为120欧姆，与120欧姆的终端电阻间接。
（2）、can总线收发器
CAN收发器负责逻辑电平和信号电平之间的转换。
即从CAN控制芯片输出逻辑电平CAN收发器，然后经过CAN收发器内部转换将逻辑电平转换为差分信号输出到CAN总线上，CAN总线上的节点可以决定是否需要总线上的数据。具体管教定义如下:
3、can总线信号的表示
在CAN使用总线CAN_H和CAN_L两条线上的电位差表示CAN信号。CAN总线上的电位差分为显性电平和隐性电平。显性电平为逻辑0，隐性电平为逻辑1。
ISO11898标准（125kbps ~ 1Mbps）和ISO11519标准（10kbps ~ 125kbps）中CAN信号的表示如下：
4、can总线信号的传输
发送过程：
CAN控制器将CPU信号转换为逻辑电平(即逻辑0-显性电平或逻辑1-隐性电平)。CAN接收逻辑电平后，发射器将其转换为差分电平输出CAN总线上。
接收过程： CAN接收器将CAN_H 和 CAN_L 从线上传来的差分电平转换为逻辑电平输出CAN控制器，CAN控制器将逻辑电平转换为相应的信号CPU上。
5、can传输总线数据
CAN总线传输是CAN帧，CAN数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔分为五种通信帧。
根据仲裁段的长度，数据帧分为标准帧(2).0A）和扩展帧（2.0B）
帧起始
由显性位(低电平)组成，发送节点发送帧开始，其他节点同步于帧开始；
帧结束
由7个隐形位(高电平)组成。
仲裁段
只要总线是空的，总线上的任何节点都可以发送报纸。如果有两个或两个以上的节点开始发送报纸，则可能存在总线访问冲突。CAN这个问题可以通过逐位仲裁来解决。
CAN总线控制器在发送数据时监控总线电平。如果电平不同，则停止发送并进行其他处理。如果位于仲裁部分，则退出总线竞争；如果位于其他部分，则会发生错误的事件。
帧ID优先级越小越高。因为数据帧RTR位于显性电平，远程帧为隐性电平，因此帧格式和帧ID数据帧优先于远程帧；由于标准帧IDE扩展帧位于显性电平中IDE前11位为隐形电平ID标准帧优先级高于相同的标准帧和扩展帧。
数据段
数据帧传输的数据量为0~这种短帧结构使8个字节CAN-bus非常实时，非常适合汽车和工控应用，如图27所示。
报文过滤
在CAN总线中没有地址的概念，CAN总线通过报文ID实现数据。CAN节点上会有验收滤波器ID表，其位于CAN在节点验收滤波器中，如果总线上的报纸ID在某个节点验收滤波器ID在表中，此帧报文可通过该节点验收滤波器，该节点将接收此帧报文。
比如：Node_A发送了一帧ID号为ID_1的报文Msg_1，Node_B的验收滤波ID表中恰好有ID_1，于是乎Msg_1就会被Node_B接收。
Tips: 体现了报文过滤机制CAN通信的两个特点: 1)一对一组播和广播
2)系统的灵活性:正是因为CAN总线收发报文为基础报文ID实现的，所以总线上添加节点时不会对总线上已有的节点造成影响。
帧结束
帧结束段表示该帧报文的结束，由7个隐性位构成。
总结
CAN总线作为一种可靠的汽车计算机网络总线已在许多先进汽车上得到应用，将CAN总线应用于智能传感器中， 使传感器获得的信号能通过总线实时地、可靠地、高速而准确地进行传输，使得各汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共享所有信息和资源，达到简化布线、减 少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统的目的。同时，由于整个智能传感器网络采用全数字化的通信，因此，总线也具有很好的抗干扰能力，是未来智能化传感器和智能化控制网络的发展趋势。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。CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。
由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视，它在汽车领域上的应用是最广泛的。世界上一些著名的汽车制造厂商大都采用了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。同时，由于CAN总线本身的特点，其应用范围目前已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。
