CAN总线原理与技术应用

CAN总线技术及其应用

[摘要]CAN是国际上应用最广泛的现场总线之一。本文主要分析了CAN总线的技术特点及其应用趋势，对CAN总线在汽车领域的应用进行了深入的分析。

[关键词]CAN总线；汽车；应用

在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN（Controllor Area

Networh）通信协议。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

在北美和西欧西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。

1CAN总线技术原理简介

1.1CAN总线的分层结构

CAN协议定义了ISO/OSI参考模型的物理层及数据链路层[1]，如下图所示。

CAN的ISO/OSI参考模型的层结构

物理层定义信号是如何实际传输，涉及位定时、位编码/解码、同步的解释。数据链路层包含介质访问控制子层MAC（Medium Access Control）和逻辑链路控制子层LLC（Logical Link Control）。其中，MAC子层是CAN协议的核心，负责报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定，把接收到的报文提供给LLC子层，并接受来自LLC子层的报文；LC子层涉及报文滤波、过载通知和恢复管理。

现场总线CAN综述报告

CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

一． CAN总线的产生与发展

控制器局部网（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。

 随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。

分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。这类系统是以微型机为核心，将 5C 技术--COMPUTER（计算机技术）、CONTROL（自动控制技术）、COMMUNICATION（通信技术）、CRT（显示技术）和 CHANGE（转换技术）紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面，较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性。

龙源期刊网

CAN总线技术在汽车中的应用

作者：侯丽丽 昌盛

来源：《中国科技博览》2013年第22期

龙源期刊网

[摘 要]本文在分析汽车电子技术现状和发展趋势的基础上，针对国内汽车系统复杂、智能化水平低、可拓展性差的特点，提出了基于高层协议的分布式模块化的CAN总线技术的汽车局域网结构，并对CAN通讯的网络、接口电路和软件程序进行设计。CAN总线技术的应用将系统配线简单、节省空间和成本，提高了汽车的智能化水平，是汽车通讯技术的首选。

[关键词]汽车 通讯技术 CAN总线 系统设计

中图分类号：U469.79 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）22―0566―01

1.前言

随着汽车技术和电力电子产品不断发展，车用电子设备不断增加，以提高汽车的性能和服务功能，满足人们的办公和娱乐需要，使汽车逐渐从单纯的交通工具演变为“移动办公室”和“移动娱乐室”。汽车技术的发展主题紧紧围绕着安全、方便、舒适和节能，电子产品的应用也是从这几个方面提高汽车的性能。

汽车中各种功能的不断完善，使汽车电子控制单元越来越多，控制装置的数量和复杂性性也不断增加，庞大的线束不但占去车内有限的空间、增加系统成本，同时也降低了系统的可靠性和可维护性。传统点对点布线方式已经不能满足汽车技术发展需要，繁琐现场连线正在逐渐被简单的现场总线取代。而现场总线技术不断发展，使其控制功能、网络管理和系统管理等内容不断扩充，现场总线已超出原有的定位范围，不只是通讯标准和通讯技术，而成为网络系统和控制系统。

CAN总线作为现场总线的重要成员，其本身也是作为汽车串行数据通讯总线而提出来的，目前CAN总线已经广泛应用到众多国外汽车品牌上。本文在分析CAN通讯技术的原理和特点基础上，设计了CAN通讯系统的网络结构、接口电路和和软件程序，经过分析可得：CAN总线技术结构简单、稳定性好、抗干扰能力强，是汽车通讯技术的首选。

Can总线对地电容

1. 什么是Can总线

Controller Area Network (CAN) 是一种常用于汽车和工业应用中的串行通信协议。它最早由德国的Bosch公司在1986年开发出来，现已成为国际标准ISO11898。

Can总线是一种多主机、多从机的通信系统，允许各个节点之间进行高速、可靠的数据传输。它使用两根差分双绞线进行通信，其中一根线为CAN_H，另一根为CAN_L。这种差分信号可以有效地抵抗噪声干扰，并且可以延长通信距离。

Can总线广泛应用于汽车领域，包括发动机控制、底盘控制、车身电子系统等。它还被用于工业自动化领域，在机器人控制、工厂自动化等方面发挥重要作用。

2. Can总线的工作原理

Can总线采用了CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）技术，即载波监听多路访问/冲突检测技术。

在Can总线上，每个节点都有一个唯一的地址，并且可以发送和接收消息。当一个节点想要发送消息时，它首先会监听总线上的信号。如果没有其他节点正在发送消息，它就可以开始发送自己的消息。

然而，当多个节点同时想要发送消息时，就可能会发生冲突。Can总线通过检测冲突并进行重传来解决这个问题。当发生冲突时，所有节点都会停止发送，并等待一个随机的时间后再次尝试发送。

Can总线还使用了非返回零编码（NRZ）和差分编码技术来提高数据传输的可靠性。NRZ编码将逻辑1表示为高电平，逻辑0表示为低电平；而差分编码则是通过CAN_H和CAN_L之间的电压差来表示数据。

3. Can总线对地电容

在Can总线中，对地电容是一种常见且重要的设计参数。对地电容是指Can总线中每个节点与地之间的电容。

对地电容可以影响Can总线的通信质量和可靠性。过高或过低的对地电容都可能导致通信错误或干扰。

3.1 对地电容的作用

对地电容主要有以下几个作用：