第五章控制网络与现场总线技术CAN.ppt

控制网络与现场总线技术 第五章 CAN 总线技术 5.1、CAN总线技术与汽车网络简介 CAN（controller area network）是控制器局城网的简称，是德国Bosch公司1986年为解决现代汽车中测量控制部件之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信总线。己经被列入ISO国际标准，称为ISO11898。目前、CAN已成为工业数据通信的主流技术之一。 CAN作为数字式串行通信技术，与其他同类技术相比，在可靠性、实时性和灵活性方面具有独特的技术优势。其主要特点如下: 1、CAN网络上的任一节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发起通信，节点不分主从，通信方式灵活。利用这一特点可方便地构成多机备份系统。 控制网络与现场总线技术 2、CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同级别的实时要求，高优先级的数据可在134us内得到传输。 3、CAN采用非破坏性总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突的仲裁时间。即使是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况。 4、CAN通过报文滤波，实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的调度。 5、CAN的直接通信距离最远可达10km（速率在5Kbps以下）；通信速率最高可达1Mbps（通信距离最长为40m）。 控制网络与现场总线技术 6、CAN上的节点数主要决定于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达2032种(CAN2.0A)；而CAN2.0B的报文标识符几乎不受限制。 7、采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。 8、CAN节点中设有错误检测、标定和自检等强有力措施。检测错误的措施包括：位错误检测、循环冗余校验、位填充、报文格式检查和应答错误检测。保证了很低的数据出错率。 9、CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。 10、CAN器件可置于无任何内部活动的睡眠方式，相当于末连接到总线驱动器上。这可降低系统功耗。睡眠状态可借助总线激活或系统内部条件唤醒。 控制网络与现场总线技术 11、CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能，使总线上其他节点的操作不受影响。 CAN在汽车电子系统中得到广泛应用，已成为欧洲汽车制造业的主体行业标准，代表着汽车电子控制网络的主流发展趋势。现代汽车越来越多地采用电子装置控制，例如发动机的定时注油控制，加速、刹车控制及防抱死刹车系统（ABS）等。由于这些控制需检测及交换大量数据，采用硬接信号线的方式不但烦琐、昂贵，而且难以解决问题，而引入CAN通信技术，组成汽车内部网络，有助于上述测量控制问题的解决。世界上一些著名的汽车制造厂商，例如Benz(奔驰)、BMW(宝马)、Porsche(保时捷)、Roll-Royce(劳斯莱斯)等都已开始采用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。 控制网络与现场总线技术 汽车内部网络由称为ECU(电控单元)作为网络节点的不同功能部件构成。分为动力、照明、操作、显示、安全、娱乐等多个子系统。汽车内部的控制器、执行器、监测仪器、传感器数量很多，按模拟系统的接线方式，一个传统车辆的典型连线束展开后，其长度约为1600多米，有将近300个接头，因而基于CAN总线的数据通信与网络技术在汽车内部有良好的应用前景。 图1为基于CAN的汽车内部网络的解决方案之一。图中的动力系统采用传输速率大于25OKbps的CAN网段，车身电子系统采用传输速率不小于125Kbps的低速CAN网段，两个子网之间通过中央模块实现互联。图中各模块中还标出了Motorola公司生产的可以实现节点功能的CAN微控制器型号。 控制网络与现场总线技术 控制网络与现场总线技术 CAN最初是为汽车的监测、控制系统而设计的，但由于它在性能、可靠性等方面的技术优势与独特设计，已经为航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸、仓储等行业广泛采用。在火车、轮船、机器人、楼宇自控、医疗器械、数控机床、智能传感器、过程自动化仪表等自控设备中，都有CAN技术的身影。 控制网络与现场总线技术 5.2、CAN通信技术 随着CAN的应用和推广，对其通信协议的标准化也提出了要求。为此，1991年9月飞利浦半导体（Philips semiconductors）公司制订并发布了CAN技术