CAN总线的通信特点及其应用领域

‌CAN总线(Controller Area Network)‌是一种串行通信协议，旨在解决现代汽车中众多电子控制系统之间的通信问题。CAN总线通过减少线束的数量，使用单一的网络总线连接所有外围器件，实现了高效的数据通信‌12。CAN总线的定义和背景，CAN总线，全称为Controller Area Network，是一种串行通信协议，主要用于实时应用。它可以使用双绞线进行信号传输，是世界上应用最广泛的现场总线之一‌4。CAN总线最初的设计动机是为了减少现代汽车中不断增加的信号线，通过一个单一的网络总线来解决电子控制装置之间的通信问题‌3。

CAN总线的物理结构和工作原理

CAN总线的物理结构包括微控制器、CAN控制器和CAN收发器。微控制器负责处理数据和控制通信，CAN控制器负责实现CAN协议和数据帧的生成，而CAN收发器则将CAN控制器的数字信号转换为适合在CAN总线上传输的电信号‌2。CAN总线使用两根线(CAN_H和CAN_L)进行通信，通过电位差来判断总线电平，显性电平为逻辑0，隐性电平为逻辑1‌2。

CAN总线的通信特点和应用领域‌多主方式‌：网络上任意一个节点都可以在任意时刻主动向其他节点发送信息，通信方式灵活‌2。‌系统柔软性‌：节点可以自主决定何时发送数据，适应不同的通信需求和条件‌2。‌高速传输和远距离通信‌：CAN总线支持较高的数据传输速率，并且可以在较长的距离上稳定传输数据‌2。错误检测和恢复功能‌：使用循环冗余校验(CRC)等机制检测数据传输中的错误，并在检测到错误时采取相应的措施，如重传数据‌2。‌故障隔离‌：能够将故障节点隔离，防止故障扩散到整个网络，保证系统稳定性‌2。

CAN总线在汽车和其他领域的应用，CAN总线在汽车行业中被广泛应用，用于各种电子控制系统之间的通信，取代了昂贵且笨重的配电线束。由于其健壮性和可靠性，CAN总线也被应用于其他自动化和工业领域‌

一、定位干扰原因

当总线有干扰时，有经验的工程师能够迅速定位，但是对于新手来说却很麻烦。造成总线干扰的原因有很多，比如通过电磁辐射耦合到通讯电缆中、屏蔽线接地没处理好、隔离了通讯没有隔离电源等。我们可以推导出，现场的干扰不是通过电磁辐射进来，整车的网络也没有干扰，基本可以断定干扰就是电机驱动器的CAN通讯没隔离好。

二、消除延时误差的方法

为了减小延时，增加通讯距离和降低通讯错误率，我们可以采取以下措施：采用磁隔离的CTM1051方案设计接口收发电路;用较粗的导线代替细导线，标准为1.5线缆(延迟为5ns/m);使用镀金或镀银的线缆;增加网桥中继设备CANBridge延长通讯距离;采用光纤传输，如致远电子的CANHUB-AF1S1，同等波特率可延长1倍通讯距离。

三、信号地(CAN-GND)

1、信号地概念

信号地也称为隔离地，为使电子设备工作时有一个统一的参考电位，避免有害电磁场的干扰，使设备稳定可靠的工作，设备中的信号电路统一参考地，即CAN-GND。

2、信号地处理

许多实际应用中，设计者常直接将每个节点的参考地接于本地的大地，作为信号的返回地，看似正常可靠的做法，却存在极大的隐患!

信号地(CAN-GND)正确的接法主要分为两种：单屏蔽层线缆：如果线缆是单屏蔽层，信号地理想接法是使用专门的信号线将所有节点信号地连接，起到参考地的作用。但如果缺少信号地线，亦可将所有节点信号地都连接到屏蔽层，但这样屏蔽效果亦差强人意。双屏蔽层线缆：当使用双层屏蔽电缆时，需要将所有节点信号地连接到内屏蔽层，若使用非屏蔽线进行数据传输时，请保持信号地管脚悬空处理。所有节点信号地接到屏蔽层或者双屏蔽层的内层后，屏蔽层处理方式注意为单点接地，不可多点接地，否则会在信号地线上形成地环流。另外，单点接地时为了加大供电地和信号地之间的隔离电阻，阻止共地阻抗电路耦合产生的电磁干扰，注意采用隔离浮地设计，通过阻容方式将屏蔽层与外壳隔离。

在实践中,有两种重要的总线分配方法:按时间表分配和按需要分配。在第一种方法中 ,不管每个节点是否申请总线,都对每个节点按最大期间分配。由此,总线可被分配给每个站并且是唯一的站,而不论其是立即进行总线存取或在一特定时间进行总线存取。这将保证在总线存取时有明确的总线分配。在第二种方法中,总线按传送数据的基本要求分配给一个站 ,总线系统按站希望的传送分配(如:Ethernet CSMA/CD)。因此,当多个站同时请求总线存取时,总线将终止所有站的请求,这时将不会有任何一个站获得总线分配。为了分配总线,多于一个总线存取是必要的。

CAN实现总线分配的方法,可保证当不同的站申请总线存取时,明确地进行总线分配。这种位仲裁的方法可以解决当两个站同时发送数据时产生的碰撞问题。不同于Ethernet网络的消息仲裁,CAN的非破坏性解决总线存取冲突的方法,确保在不传送有用消息时总线不被占用。甚至当总线在重负载情况下,以消息内容为优先的总线存取也被证明是一种有效的系统。虽然总线的传输能力不足,所有未解决的传输请求都按重要性顺序来处理。在CSMA/CD这样的网络中,如Ethernet,系统往往由于过载而崩溃,而这种情况在CAN中不会发生。