摘  要：簡單介紹了CAN總線的來源、現狀及存在的問題;針對CAN總線傳(chuan) 輸距離存在的問題提出了兩(liang) 個(ge) 解決(jue) 方案，並進行了實驗和比較,試驗結果證明本文的方法提高了傳(chuan) 輸距離的可靠性。

關(guan) 鍵詞：現場總線、CAN總線、單片機

Two Solutions Deal With The Problem Of CAN Bus Transport Distance

Abstract：In this paper, the origin, actuality and problems still exist are introduced briefly. Two solutions are proposed to deal with the problem of CAN bus transport distance. Some experiments are carried out and the results are compared. The results demonstrate that the proposed method enhance the reliability the transport distance

Keywords：Field bus, CAN bus，chip microcomputer

1、 CAN總線簡介

　　1.1 CAN總線發展概況[1]

　　CAN網絡原本是德國Bosch公司為(wei) 歐洲汽車市場所開發的，希望此項技術取代原本昂貴的汽車配線。CAN網絡具有反映可靠度高的特性，使用於(yu) 實時處理的場合，例如汽車防鎖死係統、安全氣囊等。今天此項通訊協議已得到廣泛應用，其特色不僅(jin) 在汽車工業(ye) ，在工業(ye) 控製的其他領域也發揮了其強大的能力。CAN 總線在國內(nei) 發展已經二三十年了，很多關(guan) 於(yu) CAN的產(chan) 品也已經開發和廣泛使用，如：變電廠、機場、汙水處理廠等。

　　1.2 CAN總線存在的問題

　　盡管CAN總線有很多優(you) 點，但是下麵兩(liang) 點卻製約著其發展，即：CAN總線的瓶頸問題。

　　（1） 傳(chuan) 輸距離最大隻能達到10Km，而且並不是真正的可靠傳(chuan) 輸;

　　（2） 節點數量最多隻能有110個(ge) 。

　　下麵將針對CAN總線瓶頸問題（1）做詳細的討論。

2、 針對CAN總線傳(chuan) 輸距離問題提出的方案

　　2.1 CAN總線結構[2]

　　CAN總線係統一般連接結構如圖（以芯片82C250為(wei) 例）所示，R=120Ω。（注：圖中僅(jin) 畫出了一個(ge) 智能設備，實際中可以最多達110個(ge) ）

圖1 CAN總線係統結構示意圖

　　CAN總線一般都是利用在環境比較惡劣，控製室與(yu) 現場比較遠的場合。總線距離達到8Km以上時，其單向線路電阻將達到100Ω，而兩(liang) 端的終端電阻為(wei) 120Ω（不考慮智能設備本身電阻，認為(wei) 其電阻為(wei) 無限大）。其等效電路為(wei) 圖2：

圖2 CAN總線電路等效圖

　　對於(yu) CAN接收器而言能夠識別的電壓要大於(yu) 0.8V，一般為(wei) 0.9V以上。

　　2.2 針對傳(chuan) 輸距離問題所作的嚐試方案

　　從(cong) 上麵的電路圖以及數據分析可以看出：在距離偏遠時，總線線電壓已經處於(yu) 臨(lin) 界識別狀態，其數據很難正常接收（已經沒有可靠性可言）。為(wei) 此我們(men) 嚐試采用以下幾個(ge) 方案進行了實驗。

　　2.2.1 在線路中直接加兩(liang) 個(ge) 發送芯片

　　該方案就是在總線線路中直接加入兩(liang) 個(ge) 發送芯片（采用82C250為(wei) 例）[3]，並把發送芯片的管腳TXD和RXD對連。其連接電路如下：

圖3 發送芯片連接電路圖

　　整個(ge) 電路看似很正常，把左邊的數據傳(chuan) 輸到右邊，右邊的數據傳(chuan) 輸到左邊，實際上此電路是無法使用的。此電路接入總線後，隻要在總線上有一個(ge) 顯性電平出現，那麽(me) 整個(ge) 電路將永遠呈現顯性電平。原因在於(yu) 每個(ge) 期間都有延遲（雖然是僅(jin) 僅(jin) 幾個(ge) ns延遲），假設從(cong) 電路左邊收到一個(ge) 顯性電平，經過左右兩(liang) 個(ge) 82C250 芯片延遲Tns後傳(chuan) 輸到右邊CAN總線，另外82C250芯片本身具有同時發送、接收功能，那麽(me) 右邊的82C250芯片同時把右邊CAN總線的顯性電平又傳(chuan) 送到左邊，這樣就形成了一個(ge) 回路，使得總線永遠處於(yu) 顯性狀態。

　　2.2.2 加入邏輯控製電路進行隔離

　　從(cong) 上麵可以看出，在發送數據時應該防止數據重傳(chuan) 形成回路。為(wei) 此我們(men) 做了如下規定：在有顯性電平時隻能夠有一個(ge) 方向傳(chuan) 輸（哪個(ge) 方向先來顯性電平開通哪個(ge) 方向，同時到來則選擇任一個(ge) 方向開通）;發送端顯性電平結束後，所有方向都停止T1時間（Tns 

　　利用CPLD很容易實現上麵的規定邏輯。利用此方案把該電路先連接在總線10Km處，並在10Km不遠處連接一個(ge) 接收設備，實驗能夠接收正常，並且其接收端總線電壓差為(wei) 1.32V，是單連設備接收電壓差的1.55倍。

　　2.2.3 線路中間加入CAN卡中轉實現遠距離數據傳(chuan) 輸（中繼器）

　　在距離達到10Km時，其接收數據不正常的原因是由於(yu) 總線電壓差值較小的緣故。為(wei) 此，有的采用升壓和降壓電路是不現實的，因為(wei) 每個(ge) 接收器都得加入一個(ge) 調理電路，造價(jia) 很明顯就上去了。另外，即使升壓了，由於(yu) CAN總線按照仲裁發送決(jue) 定了總要遇到方案二中提到的由於(yu) 延遲總線形成閉合回路的問題。

　　為(wei) 了達到遠距離傳(chuan) 輸，可以在中間加入中繼器，相當於(yu) 把總線距離縮短了一倍。中繼器的結構如下：

　
圖4 中繼器結構示意圖

　　選擇使用兩(liang) 個(ge) 8031單片機目的在於(yu) 能夠及時處理CAN總線上的數據，使得設計也變得比較簡單，不需考慮CAN總線兩(liang) 邊的數據發送衝(chong) 突。隻要每個(ge) 單片機有1K的緩存就可以。

　　具體(ti) 實現思路：單片機接收CAN總線數據，把數據進行緩存，在空閑階段把數據傳(chuan) 輸到另一個(ge) 單片機（兩(liang) 者之間通過SPI協議實現通信），同時把從(cong) 另一個(ge) 單片機傳(chuan) 輸來的數據發送出去。

　　在實際的工程中我們(men) 是利用此方案實現遠距離傳(chuan) 輸的，主要原因是可以滿足數據傳(chuan) 輸的可靠性，利用此方案的電路我們(men) 進行過節點數達到100的測試，其性能正常、可靠，能夠滿足實際的需要。

3、 總結

　　本文的創新點提出了解決(jue) CAN總線傳(chuan) 輸遠距離問題的可實施方案，第一個(ge) （加入邏輯電路）比較簡單，而且不用考慮數據存儲(chu) ，僅(jin) 僅(jin) 是一個(ge) 硬件實現;而第二種（中繼器）要考慮數據存儲(chu) 、判斷何時發送等情況，相對比較複雜，但可靠性要好些。兩(liang) 個(ge) 方案在承受負載方麵能力差不多。

　　CAN總線技術作為(wei) 一種新型的總線技術由於(yu) 其具有良好的故障隔離能力、網絡的實時響應能力以及CAN具有良好地傳(chuan) 輸防錯設計等，使其已經成為(wei) 現在最有前途的總線之一。#p#分頁標題#e#

參考文獻

　　[1] 陽憲惠. 現場總線技術及其應用. 北京: 清華大學出版社, 1999.

　　[2] 鄔寬明. CAN總線原理和應用係統設計. 北京: 北京航空航天大學出版社, 1996.

　　[3] 郭湛，宋存義(yi) ，李海 基於(yu) CAN總線的火電廠貯煤筒倉(cang) 安全監測係統 微計算機信息，2005.9（2）P5～7

　　作者簡介：範瑞霞（1951-），研究員，本科，畢業(ye) 於(yu) 北京理工大學，主要研究方向：智能控製，計算機視覺;李位星（1976-），助工，碩士，畢業(ye) 於(yu) 北京理工大學，主要研究方向：計算機控製，圖像處理。

　　通訊地址：北京理工大學自動控製係206教研室 郵編：100081

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