CAN總線簡介

　　CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network， CAN）的簡稱，是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。

　　CAN總線特點(diǎn)

　　完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理

　　CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級判別等項(xiàng)工作。

　　使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制

　　CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識符可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義2或2個(gè)以上不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會占用總線時(shí)間過長，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。

　　可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信

　　CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。CAN總線協(xié)議已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價(jià)比高，特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機(jī)上，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。

　　結(jié)構(gòu)簡單

　　只有2根線與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯(cuò)誤探測和管理模塊。

　　傳輸距離和速率

　　CAN總線特點(diǎn)：（1） 數(shù)據(jù)通信沒有主從之分，任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以向任何其他（一個(gè)或多個(gè)）節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)通信，靠各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息優(yōu)先級先后順序來決定通信次序，高優(yōu)先級節(jié)點(diǎn)信息在134μs通信; （2） 多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起通信時(shí)，優(yōu)先級低的避讓優(yōu)先級高的，不會對通信線路造成擁塞; （3） 通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM（速率低于5Kbps）速率可達(dá)到1Mbps（通信距離小于40M）；（4） CAN總線傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜。CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長距離小數(shù)據(jù)量，實(shí)時(shí)性要求比較高，多主多從或者各個(gè)節(jié)點(diǎn)平等的現(xiàn)場中使用。

　　萬用表測量診斷CAN總線方法

　　此說明用于檢查總線連接上的 CAN 高速和 CAN 低速信號電平是否正確。

　　檢測提示

　　● 電壓檢測 （示波器）：電壓檢測的前提條件是，蓄電池已連接并且點(diǎn)火開關(guān)已接通。

　　● 電阻測量：在電阻測量時(shí)，在測量前必須把待測部件斷電。為此應(yīng)斷開車輛蓄電池的接線。等待約3 分鐘，直到系統(tǒng)中的所有電容器放完電。

　　CAN總線

　　CAN （控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)） 總線系統(tǒng)是一種線形總線系統(tǒng)并具有以下特征：

　　● 信號雙向傳播。

　　● 所有總線用戶都接收同一個(gè)信息。每個(gè)總線用戶決定，它是否利用該信息。

　　● 通過簡單并聯(lián)即可添加附加的總線用戶。

　　● 此總線系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)多主控單元系統(tǒng)。每個(gè)總線用戶可以是主控單元也可以是副控制單元，根據(jù)其作為發(fā)射器還是接收器被連接而定。

　　● 傳輸媒介是雙線連接。導(dǎo)線的名稱為：CAN Low （低速） 和 CAN High （高速）

　　● 原則上每個(gè)總線用戶可以通過總線同所有其它總用戶通信。通過干預(yù)法，控制總線上的數(shù)據(jù)交換。

　　數(shù)據(jù)總線 K-CAN （車身 CAN）、PT-CAN （傳動系 CAN） 和 F-CAN （底盤 CAN） 之間的主要區(qū)別是：

　　● K-CAN：數(shù)據(jù)傳輸率約 100 kBit/s。可以進(jìn)行單線運(yùn)行。

　　● PT-CAN：數(shù)據(jù)傳輸率約 500 kBit/s。不能進(jìn)行單線運(yùn)行。

　　● F-CAN：數(shù)據(jù)傳輸率約 500 kBits/s。不能單線運(yùn)行

　　主控單元

　　主控單元是主動式通信方，通信的主動權(quán)由它發(fā)出。主控制單元掌控總線，并控制通信。主控制單元能夠在總線系統(tǒng)中向被動式總線用戶 （副控制單元） 發(fā)送信息，并根據(jù)被動式用戶的要求接收信息。

　　副控單元

　　副控制單元是一個(gè)被動式通信用戶。副控制單元被要求接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　多主控單元系統(tǒng)

　　在一個(gè)多主控單元系統(tǒng)中所有的通信用戶在某個(gè)時(shí)間都能夠擔(dān)當(dāng)主控單元或副控制單元的角色。

　　示波器測量

　　為了弄清 CAN 總線是否完好工作，必須觀察總線上的通信情況。在這種情況下不需要分析單個(gè)位，而只需要觀察 CAN 總線是否工作。示波器測量說明：‘CAN 總線很可能無故障工作’。

　　如果用示波器測量 CAN 低 （或 CAN 高） 導(dǎo)線和接地之間的電壓，則獲得一個(gè)處于下列電壓極限范圍內(nèi)的類矩形波信號：

　　K-CAN：

　　CAN Low （低速） 對地：U 最小 = 1 V，U 最大 = 5 V

　　CAN High （高速） 對地：U 最小 = 0 V，U 最大 = 4 V

　　這些值都是近似值，根據(jù)總線上的負(fù)載可能有幾個(gè) 100 mV 的偏差

　　測量 K-CAN：CH1 CAN 低，CH2 CAN 高

　　如果用示波器測量 CAN 低 （或 CAN 高） 導(dǎo)線和接地之間的電壓，則獲得一個(gè)處于下列電壓極限范圍內(nèi)的類矩形波信號：

　　PT-CAN 和 F-CAN：

　　CAN Low （低速） 對地：U 最小 = 1.5 V，U 最大 = 2.5 V

　　CAN High （高速） 對地：U 最小 = 2.5 V，U 最大 = 3.5 V

　　測量 PT-CAN：CH1 CAN 低，CH2 CAN 高

　　總線端測量

　　測量前提 ：

　　● CAN 總線必須斷電。

　　● 不允許使用其它測量儀 （并聯(lián)測量儀）。

　　● 測量在 CAN-Low 導(dǎo)線和 CAN-High 導(dǎo)線之間進(jìn)行。

　　● 實(shí)際值允許與標(biāo)準(zhǔn)值有幾歐姆的偏差。

　　K-CAN ：

　　因?yàn)殡娮韪鶕?jù)控制單元內(nèi)部的開關(guān)邏輯而變化，所以在 K-CAN 總線上不能進(jìn)行規(guī)定的電阻測量！

　　PT-CAN、F-CAN ：

　　為了避免信號反射，在 2 個(gè) CAN 總線用戶上 （在 PT-CAN 網(wǎng)絡(luò)中的距離最遠(yuǎn)） 分別連接一個(gè) 120 Ω 的終端電阻。這兩個(gè)終端電阻并聯(lián)，并構(gòu)成一個(gè) 60 Ω 的等效電阻。關(guān)閉供電電壓后可以在數(shù)據(jù)線之間測量這個(gè)等效電阻。此外，單個(gè)電阻可以各自分開測量。

　　通過 60 Ω 等效電阻進(jìn)行測量的提示：把一個(gè)便于拆裝的控制單元從總線上脫開。然后在插頭上測量 CAN-Low導(dǎo)線和 CAN-High 導(dǎo)線之間的電阻。

　　提示！

　　并非所有車輛都在 CAN 總線上有終端電阻。可以根據(jù)相應(yīng)的電路圖檢查，在連接的車輛上是否安裝有終端電阻。

　　CAN總線失效

　　當(dāng) K-CAN 或 PT-CAN 數(shù)據(jù)總線失效時(shí)，在 CAN-Low 或 CAN-High 導(dǎo)線上可能存在短路或斷路。或者某個(gè)控制單元已損壞。

　　為了查找故障原因，建議進(jìn)行下列工作步驟：

　　● 將總線用戶從 CAN 總線上依次拔下，直至找到故障原因 （= 控制單元 X）。

　　● 檢查通往控制單元 X 的導(dǎo)線是否短路或斷路。

　　● 如有可能，檢測控制單元 X。

　　● 如果某個(gè)控制單元至 CAN 總線的分支線短路，僅執(zhí)行該工作步驟就成功了。如果 CAN 總線中的一條導(dǎo)線自身短路，則必須檢查電線束。