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CAN總線標(biāo)準(zhǔn)接口與布線規(guī)范

隨著CAN總線技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛,不僅涉及汽車電子和軌道交通,還包括醫(yī)療器械、工業(yè)控制、智能家居和機器人網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等,當(dāng)然我們的工程師也被各種奇葩的總線問題困擾,與其后期解決問題,不如前期有效規(guī)避。

一、常見的CAN總線標(biāo)準(zhǔn)接口
CAN總線接口已經(jīng)在CIA出版的標(biāo)準(zhǔn)CIA 303_1進(jìn)行明確規(guī)定,熟知接口定義有助于提高自身產(chǎn)品和其它設(shè)備兼容性。

1. DB_9端子

圖 1 DB_9接口定義

圖1一般工業(yè)中最常用的9針D-Sub連接器,分公頭和母頭,這里值得一提的是引腳6和9在標(biāo)準(zhǔn)中也是定義了功能的,9定義為收發(fā)器/光耦合器的正極電源,但在工業(yè)領(lǐng)域常常會有所變化,6和9也常用做CAN設(shè)備電源電壓的輸入引腳,但這種技術(shù)局限性較大,因為通過引腳運輸?shù)降碾娏鞣浅S邢?,參考?biāo)準(zhǔn)CIA 303_1。

2. OPEN_5端子

圖 2 Open_5接口定義

圖2是Open_5形式的接口定義,如果OPEN_4端子的一般使用1-4pin或2-5pin,如果Open_3端子的一般使用的2-4pin,需根據(jù)實際情況選擇。

3. M12端子

圖 3 M12接口定義

圖3是M12形式的接口定義,在這里可能沒有什么特別需要注意的點,還有就是除了5pin的接口還有8pin、9pin、10pin和12pin的接口,具體的定義不在贅述,可參考標(biāo)準(zhǔn)CIA 303_1。

如果你是一個CAN總線的入門小白,下面的總線布線規(guī)范,你可能得收藏起來,在你組網(wǎng)布線的時候時不時拿出來看看,相信對你會非常有幫助。

1. CAN總線布線形式

1) “手牽手”式連接

圖 4 “手牽手”式連接
手牽手布線是最基本的一種方式,需要注意的是在布線的時候電阻和電抗分配必須合理,一般要求在首尾兩端各配一個120歐的終端電阻,不可只接單端或不接。

2) “T”型連接

圖 5 “T型”連接

“T型連接”的布線方式需要注意的是分支的長度,一般波特率在1M的情況下,分支長度最好不要超過0.3m,如果需要增加分支長度,可以降低通訊速率或者使用(CANbridge+)中繼器延長距離,一般情況分支布線的情況符合圖 5即可。

圖 6 分支距離和波特率的關(guān)系

3) 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖 7 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

對于星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來說需要注意的是每個分支的終端電阻的匹配,一般等距離分支終端電阻R=N(分支數(shù))*60即可,如果不等距,需要根據(jù)實際情況進(jìn)行匹配,星型組網(wǎng)一般推薦使用(CANHUB-AS4)集線器,能夠有效隔離子網(wǎng)絡(luò)的干擾,延長通訊距離。

2. 組網(wǎng)功能實現(xiàn)

選好組網(wǎng)的形式之后,那么我們就要考慮實際組網(wǎng)后的功能是否能夠滿足需求,接下來我就通過一個案例來跟大家簡單分享一下;

圖 8 組網(wǎng)示意圖

上面的案列比較簡單,中控室一般采用電腦控制,但是電腦的接口一般是PCI/CPCI/USB接口居多,需要使用相關(guān)的接口轉(zhuǎn)換卡引出,接著就是傳輸距離和傳輸速率關(guān)系,一般遵循【傳輸距離(km)=(50000/波特率(byte))*0.8】,僅作參考,應(yīng)視具體情況而定,如果你想要更長的傳輸距離和傳輸速率,以下方案可提供參考:

1) 增加中繼設(shè)備(Can Bridge+),一般傳輸距離增加一倍;

2) 使用CAN轉(zhuǎn)光纖設(shè)備(CANHub-AF2S2),光纖抗干擾能力強,傳輸距離一般是CAN傳輸距離的2倍;

3) 使用CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)(CANET-XE-U),以太網(wǎng)傳輸速率一般都是10/100/1000M,減少信號傳輸時間。

現(xiàn)在我們基本上解決組網(wǎng)形式和傳輸?shù)膯栴},可能大家忽略了兩個問題,一個是傳輸線纜的選擇,到底是用多粗的線纜、是否屏蔽、雙絞線還是平行線呢?

3. 總線組網(wǎng)線纜的選擇

圖 10 電纜選擇和終端電阻匹配

在這里不得不說,同我接觸的很多CAN總線的工程師,都會忽略這個電纜選型和終端電阻匹配問題,對于電纜選型很多工程師好像是對線纜的重視程度還不夠,一般選擇平行線纜帶屏蔽的線纜,雖然帶屏蔽了,但是CAN_H和CAN_L平行布線并不能很好的抑制共模干擾,導(dǎo)致總線傳輸總是偶發(fā)一些錯誤幀,導(dǎo)致數(shù)據(jù)重發(fā),占用總線資源和其它數(shù)據(jù)傳輸,造成關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸延遲,對研發(fā)工程師造成了極大的困擾,導(dǎo)致項目延遲;

其次就是終端電阻對總線的影響,不能只記著120歐的終端電阻,也應(yīng)該根據(jù)不同長度和電纜的選擇合理配。

作為國內(nèi)CAN總線系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商,同時也是CIA協(xié)會在中國最主要的CAN總線技術(shù)傳播的窗口,目前廣州致遠(yuǎn)電子的產(chǎn)品覆蓋了從CAN隔離收發(fā)器模塊、接口轉(zhuǎn)換卡、總線分析儀和總線記錄儀,可以為用戶提供完整的CAN總線解決方案;