can總線的工作原理及應用

CAN總線的工作原理
CAN總線使用串行數據傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協議支持多主控製器。CAN與I2C總線的許多細節很類似，但也有一些明顯的區別。
當CAN總線上的一個節點(站)發送數據時，它以報文形式廣播給網絡中所有節點。對每個節點來說，無論數據是否是發給自己的，都對其進行接收。每組報文開頭的11位字符為標識符，定義了報文的優先級，這種報文格式稱為麵向內容的編址方案。在同一係統中標識符是唯一的，不可能有兩個站發送具有相同標識符的報文。當幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。
當一個站要向其它站發送數據時，該站的CPU將要發送的數據和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片，並處於準備狀態；當它收到總線分配時，轉為發送報文狀態。CAN芯片將數據根據協議組織成一定的報文格式發出，這時網上的其它站處於接收狀態。每個處於接收狀態的站對接收到的報文進行檢測，判斷這些報文是否是發給自己的，以確定是否接收它。
由於CAN總線是一種麵向內容的編址方案，因此很容易建立高水準的控製係統並靈活地進行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進一些新站而無需在硬件或軟件上進行修改。當所提供的新站是純數據接收設備時，數據傳輸協議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控製器需要測量數據時，可由網上獲得，而無須每個控製器都有自己獨立的傳感器。
CAN總線的應用
CAN總線在組網和通信功能上的優點以及其高性價比據定了它在許多領域有廣闊的應用前景和發展潛力。這些應用有些共同之處：CAN實際就是在現場起一個總線拓撲的計算機局域網的作用。不管在什麼場合，它負擔的是任一節點之間的實時通信，但是它具備結構簡單、高速、抗幹擾、可靠、價位低等優勢。CAN總線最初是為汽車的電子控製係統而設計的，目前在歐洲生產的汽車中CAN的應用已非常普遍，不僅如此，這項技術已推廣到火車、輪船等交通工具中。
1、汽車製造中的應用
應用CAN總線，可以減少車身布線，進一步節省了成本，由於采用總線技術，模塊之間的信號傳遞僅需要兩條信號線。布線局部化，車上除掉總線外其他所有橫貫車身的線都不再需要了，節省了布線成本。CAN總線係統數據穩定可靠，CAN總線具有線間幹擾小、抗幹擾能力強的特點。CAN總線專為汽車量身定做，充分考慮到了汽車上惡劣工作環境，比如點火線圈點火時產生的強大的反充電壓，電渦流緩衝器切斷時產生的浪湧電流及汽車發動機倉100℃左右的高溫。

隨著安全性能日益受到重視,安全氣囊也將逐漸增多,以前是在駕駛員前麵安裝一個,今後側麵與後座都會安裝安全氣囊,這些氣囊通過傳感器感受碰撞信號,通過CAN總線將傳感器信號傳送到一個中央處理器內,控製各安全氣囊的啟動彈出動作。同時,先進的防盜設計也正基於CAN總線網絡技術。首先,確認鑰匙合法性的校驗信息通過CAN網絡進行傳遞,改進了加密算法,其校驗的信息比以往的防盜係統更豐富;其次,車鑰匙、防盜控製器和發動機控製器相互儲存對方信息,而且在校驗碼中攙雜隨機碼,無法進行破譯,從而提高防盜係統的安全性。而這些功能的實現無一不借助CAN總線來完成,CAN總線成為汽車智能化控製的“定海神針”。
在現代轎車的設計中,CAN已經成為必須采用的裝置。奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控製器聯網的手段。據報道,中國首輛CAN網絡係統混合動力轎車已在奇瑞公司試裝成功,並進行了初步試運行。在上海大眾的帕薩特和POLO汽車上也開始引入了CAN總線技術。但總的來說,目前CAN總線技術在我國汽車工業中的應用尚處於試驗和起步階段,絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線設計。國內在技術、設計和應用上進行網絡總線的“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、控製、輸出等操作的複雜係統。過去這類儀器設備的電子係統往往是在結構和成本方麵占據相當大的部分，而且可靠性不高。采用CAN總線技術後，在這方麵有了明顯改觀。

以醫療設備為例，病理分布式監控係統分別由中央控製式的中央監控單元和現場采集單元。 現場采集單元對醫院各室診斷測量儀器進行數據、圖像的實時采集，同時完成數據統計、存貯； 中央監控單元可以定期或不定期地從現場采集單元獲取數據並完成圖像監測、數據統計、報表、打印及數據庫管理。中央監控單元和現場采集單元之間通過CAN總線連接在一起，在這個網絡中，中央監控單元處於主控位置，而現場采集單元可以隨時響應中央監控單元的命令。其現場采集單元由單片機8C552及采集、存儲、顯示、遙控和通信模塊組成,每個現場采集單元可與10個測量儀器相接。
Can總線是針對測控領域設計的，所以一次傳輸的報文量很小，一次報文量最大能夠承載的數據上限為8字節，這種小數據量的傳輸一方麵能夠使得低優先級事務的傳輸，另一方麵也非常符合測控需求。針對can總線技術的諸多優點，非常適合應用於大型儀器係統模塊化之間的互相通信，采用模塊化組網的方式構建大型儀器係統。
3、工業控製中的應用
隨著計算機技術、通信技術和控製技術的發展,傳統的工業控製領域正經曆著一場前所未有的變革,而工業控製的網絡化,更拓展了工業控製領域的發展空間,帶來新的發展機遇。在廣泛的工業領域，CAN總線可作為現場設備級的通信總線，而且與其他的總線相比，具有很高的可靠性和性能價格比。這將是CAN技術開發應用的一個主要的方向。

例如，瑞士一家公司開發的軸控製係統ACS-E就帶有CAN接口。該係統可作為工業控製網絡中的一個從站，用於控製機床、機器人等。一方麵通過CAN總線上上位機通信，另一方麵可通過CAN總線對數字式伺服電機進行控製。通過CAN總線最多可連接6台數字式伺服電機。
目前CAN總線技術在工程機械上的應用越來越普遍。國際上一些著名的工程機械大公司如CAT、VOLVO、利勃、海爾等都在自己的產品上廣泛采用CAN總線技術，大大提高了整機的可靠性、可檢測和可維修性，同時提高了智能化水平。而在國內，CAN總線控製係統也開始在工程汽車的控製係統中廣泛應用，在工程機械行業中也正在逐步推廣應用。
4、智能家庭和生活小區管理中的應用
小區智能化是一個綜合性係統工程，要從其功能、性能、成本、擴充能力及現代相關技術的應用等多方麵來考慮。基於這樣的需求，采用CAN技術所設計的家庭智能管理係統比較適合用於多表遠傳、防盜、防火、防可燃氣體泄漏、緊急救援、家電控製等方麵。

CAN總線是小區管理係統的一部分，負責將家庭中的一些數據和信號收集起來，並送到小區管理中心處理，CAN總線上的節點是每戶的家庭控製器、小區的三表抄收係統和報警監測係統，每戶的家庭控製係統可通過總線發送報警信號，定期向自動抄表係統發送三表數據，並接收小區管理係統的通告信息，如欠費通知、火警警報等。
該係統充分利用CAN技術的特點和優勢，構成住宅小區智能化檢測係統，係統集多表集抄、防盜報警、水電控製、緊急求助、煤氣泄漏報警、火災報警和供電監控子係統等功能，並提供遠程通訊服務。
5、機器人網絡互聯中的應用
製造車間底層設備自動化，近幾年仍是我國開展新技術研究和新技術應用工程及產品開發的主要領域，其市場需求不斷增大且越發活躍，競爭也日益激烈。伴隨著工業機器人的產業化，目前機器人係統的應用大多要求采用機器人生產方式，這就要求多台機器人能通過網絡進行互聯。隨之而來的是，在實際生產過程中，這種連網的多機器人係統的調度、維護工作也變得尤為重要。製造車間底層電氣裝置聯網是近幾年內技術發展的重點。其電器裝置包括有：運動控製器、基於微處理器的傳感器、專用設備控製器等底層設備；在這些裝置所構成的網絡上另有車間級管理機、監控機或生產單元控製器等非底層裝置。結合實際情況和要求，將機器人控製器視為運動控製器。

把CAN總線技術充分應用於現有的控製器當中，將可開發出高性能的多機器人生產線係統。利用現有的控製技術，結合CAN技術和通信技術，通過對現有的機器人控製器進行硬件改進和軟件開發，並相應地開發出上位機監控軟件，從而實現多台機器人的網絡互聯。最終實現基於CAN網絡的機器人生產線集成係統。這樣做的好處很多，例如實現單根電纜串接全部設備，節省安裝維護開銷；提高實時性，信息可共享；提高多控製器係統的檢測、診斷和控製性能；通過離線的任務調度、作業的下載以及錯誤監控等技術，把一部分人從機器人工作的現場徹底脫離出來。
CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由於其良好的性能及獨特的設計,CAN總線越來越受到人們的重視，它在汽車領域上的應用是最廣泛的。世界上一些著名的汽車製造廠商大都采用了CAN總線來實現汽車內部控製係統與各檢測和執行機構間的數據通信。同時,由於CAN總線本身的特點,其應用範圍目前已不再局限於汽車行業,而向自動控製、航空航天、航海、過程工業、機械工業、紡織機械、農用機械、機器人、數控機床、醫療器械及傳感器等領域發展。CAN已經形成國際標準,並已被公認為幾種最有前途的現場總線之一。