CAN总线论文

学号：姓名：班级：CAN总线原理及应用1.CAN总线CAN总线(Controller-Area-Network)是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，所以CAN总线是目前国际上应用最为广泛的开放式现场总线之一。CAN总线是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电子干扰性，并且能够检测出产生的任何错误。CAN总线可以应用于汽车电控制系统、电梯控制系统、安全监测系统、医疗仪器、等领域。2.CAN总线特点CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码以及采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。主要的特点可以归纳如下：1).可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。2).网络上的节点可分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求。3).采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，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地继续传送数据。4).可以点对点，一点对多点及全局广播几种传送方式接收数据。5).直接通信距离最远可达10km(速率4Kbps以下)。6).通信速率最高可达1MB/s(此时距离最长40m)。7).节点数最多可达110个，并且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，以使总线上的其他操作不受影响。。8).采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个。9).每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，数据错误率极低。10).通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光纤，一般采用廉价的双绞线即可。3.CAN总线原理当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时,它是以报文形式（编码过的通信数据块）广播给网络中所有节点的。而对每个节点来说,无论数据是否是发给自己的,都对其进行接收处理。报文的组织形式如下：每组报文开头的11位或29位字符为标识符,定义了报文的优先级与其他重要信息；之后为数据段（比如８字节）以及其他校验码。这种报文格式称为“面向内容的编址方案”。在同一系统中标识符是唯一的,不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个节点(站)同时竞争总线读取时,这种配置十分重要。具体工作形式如下：1)某一时刻，当一个节点(A0)要向其它节点(A1,A2,A3,...)发送数据时,该节点的CPU把要发送的数据和自己的标识符传送给本节点的CAN芯片,并处于准备状态;2)当A0节点收到总线分配时,便转为发送报文状态。3)芯片根据通信协议将数据组织成一定的报文格式发出,而此时网上的其它节点处于接收状态。4)每个处于接收状态的节点对接收到的报文进行检测,判断报文是否是发给自己的,以确定是否有效处理。由于CAN总线是一种面向内容的编址方案,而且CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点,因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。而我们也可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时,数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化,即总线上控制器需要测量数据时,可由网上获得,而无须每个控制器都有自己独立的传感器。4.CAN应用CAN总线在组网和通信功能上的优点以及其高性价比决定了它在许多领域有广阔的应用范畴。这些应用有些共同之处：CAN实际就是在现场起一个总线拓扑的计算机局域网的作用。汽车制造中的应用应用CAN总线，可以减少车身布线，进一步节省了成本，由于采用总线技术，模块之间的信号传递仅需要两条信号线。布线局部化，车上除掉总线外其他所有横贯车身的线都不再需要了，节省了布线成本。CAN总线系统数据稳定可靠，CAN总线具有线间干扰小、抗干扰能力强的特点。大型仪器设备中的应用在医疗领域，中央监控单元和现场采集单元之间通过CAN总线连接在一起，在这个网络中，中央监控单元处于主控位置，而现场采集单元可以随时响应中央监控单元的命令。工业控制中的应用在广泛的工业领域，CAN总线可作为现场设备级的通信总线，而且与其他的总线相比，具有很高的可靠性和性能价格比。例如，瑞士一家公司开发的轴控制系统ACS-E就带有CAN接口。该系统可作为工业控制网络中的一个从站，用于控制机床、机器人等。智能家庭和生活小区管理中的应用利用CAN技术家庭智能管理系统，可以构成住宅小区智能化检测系统，系统集多表集抄、防盗报警、水电控制、紧急求助、煤气泄漏报警、火灾报警和供电监控子系统等功能，并提供远程通讯服务。机器人网络互联中的应用把CAN总线技术充分应用于现有的控制器当中，将可开发出高性能的多机器人生产线系统。利用现有的控制技术，结合CAN技术和通信技术，通过对现有的机器人控制器进行硬件改进和软件开发，并相应地开发出上位机监控软件，从而实现多台机器人的网络互联。最终实现基于CAN网络的机器人生产线集成系统。5.总结CAN总线主要优点是更灵活、更开放，并为采用新型系统维护方式和企业管理模式提供了可能。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。但是应用范围目前已不再局限于汽车行业,而在自动控制、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展更为广阔。