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1、CAN总线技术及其应用 学 院： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： CAN总线技术及其应用摘要 CAN总线技术是当今比较实用的现场总线技术。因具备独特的设计、较高的可靠性及特性，适合工业过程监控设备的互连。本文分析了CAN总线的技术特点及应用趋势，对CAN 总线在汽车领域的应用进行了深入的探讨。关键字 CAN总线；报文传输；汽车电子；智能系统1 引言1986 年德国最大的工业企业之一Rober Bosch公司首次提出了应用于汽车内各种传感器和执行器之间相互通信的CAN 总线（Controller Area Network）技术以来，以其可靠性、实时性和灵活性强的特点，得到了诸
2、多汽车开发商的青睐。本文介绍了CAN总线的技术特点及应用趋势，对CAN 总线在汽车领域的应用进行了深入的探讨。2 CAN总线的特点及应用趋势2.1 CAN总线的特点2.1.1 CAN总线的为数值表示与通信距离CAN总线协议是建立在国际标准组织的开放系统OSI 7 层互连参考模型基础之上的。其模型结构只有3 层，即只取OSI 底层的物理层、数据链层和应用层，保证了节点间无差错的数据传输。CAN 总线上用“显性”（Dominant）和“隐性”(Recessive)两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。如图1 所示，VCNA-H和VCAN-L为CAN总线收发器与总线之间的两接口引脚，信号是以两线之间的
3、“差分”电压形式出现。在隐性状态，VCNA-H和VCANL被固定在平均电压电平附近，Vdiff近似于0。显性位以大于最小阀值的差分电压表示1。CAN 总线的通信距离最远可达10Km(位速率为5 kbps) ，通信速率最快可达1Mbps（此时最长通信距离为40m。2.1.2 报文传输CAN技术的报文传输为多主方式工作，网络上任意节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，而不分主从。CAN节点只需通过对报文的标示符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式发送、接收数据。CAN总线的数据传输（报文传输）采用帧格式。按帧格式的不同，分为含有11位标识符的标准帧和含有29位标识符的扩展
4、帧。CAN总线的帧类型分为数据帧、远程帧、错误帧和过载帧。图 1 CAN总线的位数值传输方式2.1.3 仲载（Arbitration）只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。如果两个或两个以上节点同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。通过使用标识符的逐位仲裁可以解决这个冲突。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同标识符的数据帧和远程帧同时发送时，数据帧优先于远程帧2。在仲裁期间，每一个发送器都对总线进行监测，如果发送和接收电平相同，则该节点可以继续发送报文。比如发送的是一“隐性”电平，而监视到的是一“显性”电平，那么这个节点就失去了仲裁，必须退出发送状态。2.2 CAN总线的应用
5、趋势随着机械制造技术中不断应用高新技术，CAN 总线这个名词逐渐被人们所熟知，CAN 总线是对机械中标准的串行传输系统的一种简缩习惯的叫法。CAN 的英文全称是Controller Area Network，既控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴，是现场总线的新一代局域通讯网络，又称为控制器局域网现场总线（CAN）。现代机械中所使用的电子控制系统和通讯系统越来越多，如发动机电控系统、防抱死系统（ABS）、自动巡航系统（ACC）和车载多媒体系统，这些系统之间，系统和显示仪表之间，系统和故障诊断系统之间均需要进行数据交换，如此巨大的数据交换量，如仍然采用传统数据交换的方法，用导线进行点对点连接的
6、传输方式将是复杂的工程。据统计，如果一个中级轿车需要线束插头300个以上，插针总数1 8002 200个，线束总长超过1.52.0 km，装配复杂而且故障率很高。CAN 总线能够以较低的成本、高级的时实处理能力在强电磁干扰环境下高安全工作。因此，用CAN 总线系统的分系统取而代之就成为必然的选择。3 CAN总线在汽车领域的应用3.1 CAN总线技术的应用国外知名汽车基本都已经采用了CAN 总线技术，例如沃尔沃、林肯、奥迪、宝马等，而国内汽车品牌，例如奇瑞等公司也已经有几款车型应用了总线技术。CAN 总线技术就是通过遍布车身的传感器，将汽车的各种行驶数据发送到“总线”上，在这个信息共享平台上，凡
7、是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息，从而使汽车的各个系统协调运作、信息共享、保证车辆安全行驶、舒适和可靠。一般来说，越高档的车配备的CAN BUS 数量越多，价格也越高，如途安、帕萨特等车型当中都配备了多个CAN 总线3 4。3.2 汽车CAN 总线节点ECU 的硬件设计。汽车CAN 总线研发的核心技术就是对带有CAN接口的ECU 进行设计，其中ECU 的CAN 总线模块由CAN 控制器和CAN 收发器构成。CAN 控制器执行完整的CAN 协议，完成通讯功能，包括信息缓冲和接收滤波。CAN 控制器与物理总线之间需CAN 收发器作为接口，它实现CAN 控制器与总线之间逻辑电平
8、信号的转换5 7。3.3 CAN 总线在国内自主品牌汽车中的应用8。由于受成本控制、技术实力等因素的限制，CAN BUS 总线技术一般都出现在国外高端汽车，在A 级及以下级别车型当中，该项技术大多出现在合资品牌当中，如POLO、新宝来等。在自主品牌中，采用CAN 总线技术的车型中很少，风云2 则是其中的代表车型。风云2 CAN 总线技术，可以实现发动机、变速箱、ABS、车身、仪表及其他控制器的通讯，做到全车信息及时共享。在风云2 的组合仪表盘当中，阶段里程、未关车门精确显示、安全带未系提醒等20 多项信息全部可以显示，比同级产品增加一倍，这样增加了驾驶过程中的安全度。另外，在CAN 总线技术的
9、帮助下，内部各种传感器实现信息共享后，大大减少了车体内线束和控制器的接口数量，避免了过多线束存在的互相干涉、磨损等隐患，降低了汽车电气系统的故障发生率。打开发动机舱盖，看到的是清晰简洁的舱内布局。维修方面，CAN 总线技术的应用也使得故障排查得到最便利的保证。CAN 总线智能管家系统符合欧美OBDII标准法规，实现了在线诊断的功能。在车辆发生故障后，各个控制器通过CAN 总线智能管家系统存储故障代码，由专业人员，通过诊断仪为车辆诊断出各种故障状态，快速准确地查找到故障点，第一时间排除故障。利用CAN 总线技术实现系统集成的信息传输，大大提高了各部件的响应速度，减少了配件磨损发生率，也相应的降低
10、了维修成本; 而且，先进集成技术的应用，也大幅提高了车辆自身的科技含量，增强了产品竞争力。4 结论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。，该总线以CAN总线控制器和驱动器为硬件基础，采用了开放式仲裁机制和“隐性”、“显性”位信号差分通信方式，保证了报文传输的可靠性、准确性、快速性和实时性。因此国外知名汽车基本都已经采用了CAN 总线技术。参考文献1 甘永梅,李庆丰等.现场总线技术及其应用M.北京:机械工业出版社,2005.2 饶运涛,邹继军等.现场总线CAN 原理与应用技术M.北京:北京航空航天大学出版社,2004.3 王练，刘坚控制器局
11、域网络在大众汽车中的应用J.汽车电器，2000(2): 147-149.4 蔡月明，刘浩.基CAN总线的工业控制系统J中国仪器仪表2001(5):130-1355 张喆CAN总线MAC层协议分析J.青岛建筑工程学院学报，2003(3): 141-1436 徐进，刘德营，张红军.基于CAN总线的开放式数控系统的研究和实现J 机床与液压，2004(2):120-1237 张平均，孙棣华汽车电气系统网络化技术及车身系统总线结构研究J 汽车电器，2003(1):103-1068 董珂，李克强，冯能莲等CAN总线技术及其在混合动力电动车上的应用J.清华大学学报: 自然科学版，2003(8):100-102
