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1、现场总线 CAN-bus 的现场安装注意事项和组网方式一、有关 CAN 的基础知识1什么事 CANCAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN 被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU 之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入 CAN 控制装置。 一个由 CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。本广播系统同一网络中允许挂接 110 个节点。CAN 是一种多主方式的
2、串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。CAN 能够使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等。最常用的就是双绞线。信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L” ，静态时均是 2.5V 左右，此时状态表示为逻辑“1”，也可以叫做“隐性 ”。用 CAN_H 比 CAN_L 高表示逻辑“0” ，称为“ 显形”，此时，通常电压值为：CAN_H = 3.5V 和 CAN_L = 1.5V 。 2CAN 的特点CAN具有十分优越的特点。这些特性包括： 国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高； 传输距离远（无中继时最远10Km，5K
3、bps速率下），传输速率快（最高可到1Mbps，此时通信距离最长为40m ）； 单条总线最多可接110 个节点，并可方便的扩充节点数； CAN为多主方式工作，即总线上各节点的地位平等，网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息，而不分主从，突发数据可实时传输； 非破坏的总线仲裁技术，可多节点同时向总线发数据，总线利用率高； 出错的CAN 节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯； 报文为短帧结构并有硬件CRC 校验，受干扰概率小，数据出错率极低； 对未成功发送的报文，硬件有自动发功能，传输可靠性很高； 具有硬件地址滤波功能，可简化软件的协议编制； 通讯介质可用普通的双绞
4、线、同轴电缆或光纤等；3CAN-bus 与 RS-485 比较与通常应用的RS-485 标准相比，现场总线CAN-bus 具有更多方面的优势，可以完全取代RS-485 网络，从而组建一个具有高可靠性、远距离、多节点、多主方式的设备通讯网络。同时，现场总线CAN-bus 可以直接使用RS-485 标准相同的传输电缆、拓扑结构，方便原有设计资源的系统升级。将CAN-bus 总线与RS-485 标准的特性进行比较，区别如表格 1 所示：表格 1 CAN-bus 总线与 RS-485 标准的特性比较特性 RS-485 方式 CAN-bus 总线拓扑结构 直线拓扑 直线拓扑传输介质 双绞线 双绞线硬件成
5、本 很低 每个节点成本有所增加总线利用率 低 高网络特性 单主结构 多主结构数据传输率 低 最高可达1Mbps 容错机制 无 由硬件完成错误处理和检错机制通讯失败率 很高 极低节点错误的影响 故障节点有可能导致整个网络瘫痪 故障节点对整个网络无影响通讯距离 1.2Km 可达10Km（5Kbps） 后期维护成本 较高 很低二、CAN 总线的组网方法井下CAN-bus 网络布线的一个基本原则是主干线的布置要沿着主要的巷道，对于所有的分支巷道都要通过CAN中继器挂接到主干线上，如果分支长度小于800m，则不需要通过CAN中继器，网络拓扑如图 1所示。图1 井下CAN-bus 网络布线拓扑图当然这个主
6、干线的长度不能超过4km ，超过4km 需要再在主干线添加 CANHUB。分支F由于总长小于800m，故不在此加中继器，也不加终端电阻。对于类似分支F的分支，它们分支线长度，一般建议尽可能的短，同一总线网络的类似分支F的分支累积长度建议不超过1.9km。终端电阻对 CAN 总线的远传输距离是有巨大的影响。不加终端电阻则通讯肯定不能成功；加得不合适，即和导线的特征阻抗不匹配，那就可能发生一定程度的反射，造成 CAN 的错误增多，影响正常工作。终端电阻的连接是网络布线中必须注意的。主干线的最远两端必须各接一个120 欧姆的终端电阻，对于主干线上的其它任何设备不用接终端电阻。除非CAN中继器处于主干
7、线的终端位置，否则同样不用连接终端电阻。对于连接到CAN中继器的分支线网络，如果CAN 中继器的所处位置是在分支网络的终端，则在CAN 中继器上，分支网络的120 欧姆终端电阻必须连接；同时，要在同一分支网络的另外一个端点上连接120 欧姆终端电阻。如果CAN中继器并不处于分支网络的终端（比如位于分支网络中间），则只需在分支网络的两个端点各安装一个120 欧姆终端电阻，CAN中继器上不用连接终端电阻。依据 CAN 总线的特性，结合广播系统的特点和现场的实际情况，现总结出 CAN 广播系统的组网注意事项：1整体网络必须呈总线型。终端电阻应加在总线最长的两端。如图2所示；图 2 CAN 总线网络拓
8、扑结构2如果是长分支（超过800m ），或单段总线长度超过 4km，则须加 CAN 中继器，进行网络拓扑的改造，注意每个过一个中继器都是一段总线，须接入自己本段的一对终端电阻。3阻抗，一个完整的总线在长度L2km的时，测试CAN_H和CAN_L之间的阻抗约为60-80欧姆；在2kmL4km 时，测试 CAN_H和CAN_L之间的阻抗约为70-90欧姆；其中阻抗在90欧姆Z200欧姆之间，即说明这段总线上只接了一个终端电阻；大于200欧姆即说明这段总线上没有接终端电阻；小于60欧姆即说明这段总线上有超过两个的终端电阻。一般情况下，总线上有超过两个的终端电阻语音广播的音质会明显下降，或者是上位机根
9、本无法呼救下位机，但有可能上位机可以收到下位机发送过来的信号。4分支的接法，建议在分叉的地方最好是在某个喇叭节点上直接分出，尽量不要用三通直接拆分（即由一对线拆分为两对线），但是可以用三通做分线用（即将一路两对线分开为两路单对线）；5本广播系统目前采用 10kbps 的速率传输，使用 MHYVP(2*2*7/0.43) 矿用通信电缆，无中继有效传输距离不大于 4km，单分支长度不大于 800m，同一总线网络中的最大节点数为110 个；矿用通信电缆 MHYVP(2*2*7/0.43)的一些参数：1.特性阻抗是多少？ 202.双绞线的单线具有 的电阻量是多少？（/km) 17.43.双绞线的单线具有的 电感量是多少？(mH /km) 0.664.两线之间的结电容是多少？（uF/km）0.065.单线的线径？（mm）3.3以上是砀山的。2010/5/3赵永强
