在CAN網絡中,，所有節(jié)點的數據收發(fā)共享一條總線,。當面對未知的多節(jié)點CAN總線網絡時，如何準確分析各節(jié)點間的通信協(xié)議呢,？ 

一,、CAN總線通信方式

與485類似，CAN-Bus也是以總線的方式進行通信的,，所有的CAN節(jié)點都掛在一對差分線上,。但CAN總線中的節(jié)點不存在主從的概念，當節(jié)點有數據需要上傳時可自主,、即時發(fā)送,，先進的仲裁機制保證數據不會沖突。

圖1  CAN總線通信方式

二,、CAN總線協(xié)議分析

對比標準的通信七層模型,，CAN總線大體可分為物理層、鏈路層,、應用層,。對鏈路層的解析就能得到節(jié)點ID號。若對一個“未加密”CAN總線做鏈路層的解析,，使用CAN總線接口卡（也稱CAN盒）即可,。這類工具能將CAN通訊轉換為USB、PCI等通信方式,，一般配合電腦使用,。若要對CAN總線做全面的分析，則需要專業(yè)的總線分析儀,。CANScope是集CAN節(jié)點測試與標定,、CAN總線故障診斷與解決的綜合儀器。

圖2  CAN總線抓包工具及方法

三、多路CAN卡的應用

以上提到的總線協(xié)議分析是在總線節(jié)點少,、節(jié)點ID已知的前提下進行的,。當面對一個協(xié)議未知且節(jié)點數多、節(jié)點ID未知網絡時,，首先要做的是分別摘取各路CAN中報文,、辨識各節(jié)點ID。

圖3  數據分離,、摘取

若將每個節(jié)點單獨取出做測試,，則必然破壞原有通信規(guī)則。如何在不破壞原有通信的基礎上搞清楚一個陌生的收發(fā)協(xié)議呢,？所謂工欲善其事,，必先利其器。您需要一個能同時收發(fā),、轉送多路CAN數據的CAN卡,，USBCAN-8E-U正是這種測試工具。

圖4  USBCAN-8E-U

USBCAN-8E-U集成8路CAN-bus接口,，各通道間可做路由（轉發(fā)）功能,。在識別節(jié)點ID時，可以將節(jié)點同時接到8個CAN接口上,，然后設置8路CAN間通信自由轉發(fā),，保證原有網絡通信規(guī)則不受破壞。強大的上位機軟件將每個通道發(fā)送,、接收的CAN報文按通道分開顯示,，數據分析一目了然。

圖5  多節(jié)點CAN網絡分析

為什么CAN能取代RS485,？

電動汽車資源網 ZLG致遠電子

近年來CAN總線逐漸被工程師認知,并以其突出特點,逐漸在取代RS485等總線,本文將以CAN與RS485為例總結各自優(yōu)勢,為您解疑“為什么CAN能取代RS485”,。

現場總線是90年代初國際上發(fā)展形成的,目前廣泛應用于現場總線技術過程自動化、制造自動化,、樓宇自動化等領域的現場智能設備互連通訊網絡,。

圖 1 點對點連接方式

采用點對點通訊時,連線多,線路復雜,兩兩連線需要兩兩連線,需要根線

圖 2 總線連接方式

信息在一條公共通道上傳輸,信息接收者從通道上接收所有信息,并根據規(guī)則過濾發(fā)送給自己的信息,。連線少,結構清晰,僅需≤n+1根線,。

目前工業(yè)現場主流的總線方式包括RS232、RS485,、CAN,、Devicenet等,那么多總線類型,都有什么特點和應用呢?本文就以最常用的RS485和熱門的CAN總線進行對比分析,幫助您選擇更加合適的通訊方案。

圖 3 目前主流的現場總線

CAN是控制網絡ControlAreaNetwork的簡稱,最早由德國BOSCH公司推出,用于汽車內部測量與執(zhí)行部件之間的數據通信,。

圖 4 CAN在汽車網絡拓撲結構

CAN總線特點:

l 國際標準的工業(yè)級現場總線,傳輸可靠,實時性高;

l 傳輸距離遠(最遠10Km),傳輸速率快(最高1MHz bps);

l 單條總線最多可接110個節(jié)點,并可方便的擴充節(jié)點數;

l 多主結構,各節(jié)點的地位平等,方便區(qū)域組網,總線利用率高;

l 實時性高,非破壞總線仲裁技術,優(yōu)先級高的節(jié)點無延時;

l 出錯的CAN節(jié)點會自動關閉并切斷和總線的聯(lián)系,不影響總線的通訊;

l 報文為短幀結構并有硬件CRC校驗,受干擾概率小,數據出錯率極低;

l 自動檢測報文發(fā)送成功與否,可硬件自動重發(fā),傳輸可靠性很高;

l 硬件報文濾波功能,只接收必要信息,減輕cpu負擔,簡化軟件編制;

l 通訊介質可用普通的雙絞線,同軸電纜或光纖等;

l CAN總線系統(tǒng)結構簡單,有極高的性價比,。

RS-485是從 RS-422基礎上發(fā)展而來的,可以采用二線與四線兩種不同的方式,二線制可實現真正的多點雙向通信。而采用四線連接時,只能實現點對多點的通信。即只能有一個主設備(Master),其余為從設備(Slave),。

RS485接口標準特點:

l RS-485的電氣特性:兩線間的電壓差范圍為±(2-6)V表示,接口信號電平降低,不易損壞接口電路的芯片,且該電平與TTL電平兼容,可方便與TTL 電路連接;

l RS-485的數據最高傳輸速率為10Mbps;

l RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合,抗共模干能力增強,即抗噪聲干擾性好;

l RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺,實際上可達 3000米,。RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發(fā)器。即具有多站能力,但RS-485總線上任何時候只能有一發(fā)送器發(fā)送;

l RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性,長的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點就使其成為首選的串行接口;

l RS485接口組成的半雙工網絡,一般只需二根連線,接口均采用屏蔽雙絞線傳輸,。

1. 速度與距離:CAN與RS485以1Mbit/S的高速率傳輸的距離都不超過100M,可謂高速上的距離差不多,。但是低速CAN以5Kbit/S時,距離可達10KM。而增強型RS485收發(fā)器在最低的速率時亦能傳輸超過10KM(都無中繼),兩者在長距離的傳輸上也難分伯仲;

圖 5 CAN長距離通訊優(yōu)勢在智能家居中應用

2. 總線利用率:RS485是單主從結構,就是一個總線上只能有一臺主機,通訊都由它發(fā)起的,它沒有下命令,下面的節(jié)點不能發(fā)送,而且要發(fā)完即答,受到答復后,主機才向下一個節(jié)點詢問,這樣是為了防止多個節(jié)點向總線發(fā)送數據,而造成數據錯亂,。而CAN-bus是多主從結構,每個節(jié)點都有CAN控制器,多個節(jié)點發(fā)送時,以發(fā)送的ID號自動進行仲裁,這樣就可以實現總線數據不錯亂,而且一個節(jié)點發(fā)完,另一個節(jié)點可以探測到總線空閑,而馬上發(fā)送,這樣省去了主機的詢問,提高了總線利用率,增強了快速性,。所以在汽車等實性要求高的系統(tǒng),都是用CAN總線,或者其他類似的總線;

3. 錯誤檢測機制:RS485只規(guī)定了物理層,而沒有數據鏈路層,所以它對錯誤是無法識別的,除非一些短路等物理錯誤。這樣容易造成一個節(jié)點破壞了,拼命向總線發(fā)數據(一直發(fā)1),這樣造成整個總線癱瘓,。所以RS485一旦壞一個節(jié)點,這個總線網絡都掛。而CAN總線有CAN控制器,可以對總線任何錯誤進行檢測,自動轉換錯誤狀態(tài),適時關閉總線,進而保護總線,。如果檢測到其他節(jié)點錯誤或者自身錯誤,都會向總線發(fā)送錯誤幀,來提示其他節(jié)點,這個數據是錯誤的,大家小心,。這樣CAN總線一旦有一個節(jié)點程序跑飛了,它的控制器自動閉鎖,保護總線。所以在安全性要求高的網路,CAN是很強的;

4. 器件價格:隨著CAN總線迅猛發(fā)展,目前CAN隔離收發(fā)器單價大有與RS485價格持平的趨勢,RS485收發(fā)器逐漸失去價格優(yōu)勢;

5. 開發(fā)難度:CAN具有完善的通信協(xié)議,底層機制由CAN控制器芯片及其接口芯片來實現,研發(fā)工程師只需要了解面向客戶的應用層,從而大大降低了系統(tǒng)的開發(fā)難度,縮短了開發(fā)周期,。而RS-485協(xié)議僅僅只有電氣協(xié)議,客戶開發(fā)需要自己開發(fā)鏈路層和應用層,開發(fā)難度較大,。

致遠電子作為國內總線隔離收發(fā)器領導品牌,基于近二十年的總線隔離技術積累,為有效解決總線干擾,通訊異常等問題,實現信號隔離電路、收發(fā)電路及總線防護電路高度集成化與高可靠性,致遠電子推出了CTM,、RSM等系列隔離收發(fā)器,。

并經過近二十年的市場驗證,憑借產品的高穩(wěn)定性,已廣泛應用于汽車電子、工業(yè)控制,、軌道交通,、儀器儀表、石油化工等工業(yè)領域,是國內應用最廣泛的隔離收發(fā)器,。

致遠電子目前已完善從工業(yè)CAN隔離收發(fā)與轉換器,到CAN網絡拓展與記錄儀,以及CAN總線分析儀等整套產品體系,可為CAN總線提供整套的通訊測試解決方案,。