CAN总线介绍

简介CAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准（ISO118?8）。是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境CAN总线的优点废除传统的站地址编码，代之以对通信数据块进行编码，可以多主方式工作；采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响继续传输数据，有效避免了总线冲突；采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短；每帧数据都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境下使用；节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其他操作不受影响；可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受数据。具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN-Bus上，形成多主机局部网络；可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；可靠的错误处理和检错机制；发送的信息遭到破坏后，可自动重发；节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。can总线的应用领域汽车领域；目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN：一条用于驱动系统的高速CAN，速率达到500kb/s。主要面向实时性要求较高的控制单元，如发动机、电动机等另一条用于车身系统的低速CAN，速率是100kb/s。主要是针对车身控制的，如车灯、车门、车窗等信号的采集以及反馈。其特征是信号多但实时性要求低，因此实现成本要求低。在线监测CAN总线在智能楼宇中的应用本文主要介绍了现场总线CAN-bus在现代化的智能楼宇、小区安防中的应用方法。并且，通过一些实际应用案例的分析，说明选择现场总线CAN-bus后整个系统所增加的运行效益。智能小区通常所谓的智能小区技术即是在住宅小区内采用4C技术（Computer计算机、AutomaticControl自动控制、Communication通讯、ICCard智能卡），建立一个由服务管理中心、接入网和家庭智能化系统组成的信息集成网络系统，对各种信息实现全面、实时、有效地接收、传递、采集和监控。为住户提供一个安全、舒适、便捷、节能、高效的生活环境。小区智能化系统，通常包括智能家居系统、安全防范系统、一卡通系统、停车场智能管理系统、全自动远程集中抄表系统、物业收费自动查询催收系统、楼宇自控系统、火灾报警与消防联动控制系统等。安防系统和消防系统是至关重要的，应符合相应的行业规范。在整个小区系统越来越大、功能越来越多的情况下，各系统之间和系统内部起连接作用的通讯（Communication）系统环节的作用和重要性日益增强，并在很大程度上影响到整个小区系统的性能。通讯系统也根据功能分为：监测控制通讯、音频与视频通讯、电信通讯、互联网等。其中“监测控制通讯”的通讯方式是本文讨论的重点。CAN-bus总线以前绝大部分的智能楼宇系统的数字量、信号控制与采集的通讯都是采用RS-485总线，但是由于RS-485的总线效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的节点少、应用不灵活等不足和缺陷逐渐体现出来，越来越不能适应大中型智能楼宇的控制需要，并且带来更多的成本和维护费用。虽然许多工程师、生产厂商等提出了改进的方法和建议，但都不能从根本上解决RS-485这些先天性的问题。所以，采用更好性能的通讯系统的措施势在必行。CAN（ControllerAreaNetwork）总线最早由德国BOSCH公司提出，主要用于汽车内部测量与控制中心之间的数据通信。由于其良好的性能，在世界范围内广泛应用于其他领域当中，如工业自动化、汽车电子、楼宇建筑、电梯网络、电力通讯和安防消防等诸多领域，并取逐渐成为这些行业的主要通讯手段。现场总线CAN-bus的特点：1、国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高；2、传输距离远（最远10Km），传输速率快（最高1Mbps）；3、单条总线最多可接110个节点，并可方便的扩充节点数；3、总线上各节点的地位平等，不分主从，突发数据可实时传输；4、非破坏总线仲裁技术，可多节点同时向总线发数据，总线利用率高；5、出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯；6、报文为短帧结构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低；7、对未成功发送的报文，硬件有自动发功能，传输可靠性很高；8、具有硬件地址滤波功能，可简化软件的协议编制；9、通讯介质可用普通的双绞线、同轴电缆或光纤等；10、CAN-bus总线系统结构简单，性价比极高。实现原理在此，以小区的门禁系统（带多防区）之间的通讯为例，来代表小区的各类检测控制系统（如：电子巡更系统、智能停车场系统、小区电子告示牌广告牌）的系统互联的可操作模式。系统设备小区门禁系统以家庭为主要对象，每户一个家庭主机，接收来自楼梯入口处（梯口门禁机）、小区门口（区口门禁机）处和小区管理中心（中心管理机）的各类视频、音频和控制信息，同时向小区管理中心发送当前室内状况信号，并可实时报告突发事件。图1基于CAN-bus总线的家庭主机主要功能图电梯口门禁机、小区口门禁机带摄像功能，还可以支持各种智能卡、密码开门，同时能和中心管理机进行报警等通讯。中心管理机可实现主动呼叫用户、信息的群发、对讲、监看、接收报警和提示等等管理功能。系统里的各个控制设备都具有一路或多路CAN-bus总线接口，并且可以根据CAN-bus总线的特点在原有的RS-485总线接口设备的基础上扩展更多有用的功能，而使整个小区系统更加智能化。CAN-bus网络这些设备间使用CAN-bus总线通讯后，可以更彻底的实现分布式的管理理念，设备在网络中的地位是平等的，可以没有主机和从机的概念，各设备平时只处理当地的功能，而不必一直去查询其他的设备，总线处于空闲状态；当其中一个或者是多个设备需要通讯或有突发事件，都可以主动向总线发送数据而不至于使总线产生混乱，而保持较高的总线利用率。总体上说则是加强整个系统的实时性、合理性。CAN-bus总线采用两线的差分信号传输（CANH和CANL）。通讯介质采用普通的双绞线即可，价格低，选材方便，布线简洁。网络一般采用直线拓扑结构，在总线的两个端点各接一个终端电阻。CAN-bus总线还支持多种其他网络结构，即使是不同的建筑布局，CAN总线也可以在其中灵活运用。图2基于CAN-bus总线的小区主线布线结构图小区的主线布线如图2所示。图中有“管理中心”和“小区会所”，其他1～7栋则是小区住宅，纳入CAN-bus总线系统的还有两个“小区进出口”车辆进出的智能停车场管理系统，小区的其他管理设备也可直接连接CAN-bus总线，统一管理。主线从小区“管理中心”引出，该处作为直线网络的一个端点，并按照从近到远的原则经过每个楼前和进出口的CAN-bus中继器或CAN-bus集线器，最终将“小区会所”连接的集线器作为小区主线的另一个端点。图3基于CAN-bus总线的每单元布线结构图每栋楼的每单元的布线和网络结构如图3所示。每单元只需要一条双绞线作为单元主线，该主线直接引至和其他单元共用的CAN集线器，家庭主机的支线直接挂接在主线上（CANH接主线的CANH，CANL接CANL）。每栋楼每单元的单元主线通过CAN集线器和小区主线相连，避免了小区主线直接作为单元主线使用而浪费大量CAN总线线材。每户的CAN总线支线则直接挂接在单元总线上。这就形成了一个完整的小区CAN总线实现方案的布线结构。系统中用到的CAN-bus工具简单介绍如下，“CAN-bus接口卡”是基于PC和各工控机的各种接口类型（如：PCI、ISA、USB、RS-232、PC-104等接口）的带CAN-bus接口的卡，这样计算机就可以方便的成为一个CAN-bus总线的管理节点。“CAN-bus中继器”功能是延长通讯距离，扩充网络节点数，将一条CAN-bus总线距离和节点数成倍增长。CAN-bus集线器”的功能是延长通讯距离，扩充CAN-bus网络节点数，节约CAN-bus总线的通讯线材，将多条CAN-bus总线集成为一条传输线；和CAN-bus中继器的区别是，CAN-bus集线器可以将多条总线的信息汇总到一条总线方便传输。结论随着人们生活水平的提高，对居住环境的要求不断提高，加上近年来计算机和信息产业的发展，智能化以极快的步伐进入到住宅小区和家庭中。并且在智能化的要求越来越高、智能化系统越来越庞大、家居环境舒适度越来越高的情况下。老一代的通讯系统已跟不上整体技术的进步。开放的CAN-bus具有优越简洁等诸多特点，使得CAN-bus总线设备和CAN-bus总线系统的更加智能化。CAN-bus总线完全可以将智能小区和智能楼宇的所有控制系统有机的连接在一起，彻底的实现分布管理、集中控制。并能有效的控制系统的成本投入，减少工程的后期维护和维修。目前，国内已经有一些大型高档住宅小区采用CAN-bus总线作为小区的控制管理网络，并且取得了良好的社会效益、经济利益，有效地降低了设备投入成本，节省了管理维护成本。比如，上海地区的AN-KE电子公司、上海真理电子公司等多家企业都已经成功地将建立了基于CAN-bus总线的智能小区管理网络。同时，在众多小区的消防系统、电梯系统中，由于对网络的实时性、可靠性、性价比等方面提出了很高的要求，这些领域基本上已经形成CAN-bus网络统一实现的形势。