CAN總線標準接口與布線規范

2017年05月12日 16:48

　　工業4.0時代已經到來，基于自主優先級仲裁和錯誤重發機制的CAN總線應用十分廣泛，相同的各種總線故障和問題也十分困擾工程師，其實的解決辦法就是產品前期設計要相對的嚴謹，今天主要帶大家熟悉CAN總線的常用接口和布線規范。

　　隨著CAN總線技術的應用愈發廣泛，不僅涉及汽車電子和軌道交通，還包括醫療器械、工業控制、智能家居和機器人網絡互聯等，當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，不如前期有效規避。

　　常見的CAN總線標準接口

　　CAN總線接口已經在CIA出版的標準CIA 303_1進行明確規定，熟知接口定義有助于提高自身產品和其它設備兼容性。

　　DB_9端子

圖 1 DB_9接口定義

　　圖1一般工業中zui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在標準中也是定義了功能的，9定義為收發器/光耦合器的正極電源，但在工業領域常常會有所變化，6和9也常用做CAN設備電源電壓的輸入引腳，但這種技術局限性較大，因為通過引腳運輸到的電流非常有限，參考標準CIA 303_1。

　　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，需根據實際情況選擇。

　　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，可參考標準CIA 303_1。

　　CAN總線布線規范

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

　　CAN總線布線形式

　　“手牽手”式連接

圖 4 “手牽手”式連接

　　手牽手布線是zui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。

　　“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系

　　星型拓撲結構

圖 7 星型拓撲結構

　　對于星型拓撲結構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)*60即可，如果不等距，需要根據實際情況進行匹配，星型組網一般推薦使用(CANHUB-AS4)集線器，能夠有效隔離子網絡的干擾，延長通訊距離。

　　組網功能實現

　　選好組網的形式之后，那么我們就要考慮實際組網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，需要使用相關的接口轉換卡引出，接著就是傳輸距離和傳輸速率關系，一般遵循【傳輸距離(km)=(50000/波特率(byte))*0.8】，僅作參考，應視具體情況而定，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：

　　增加中繼設備(Can Bridge+)，一般傳輸距離增加一倍；

　　使用CAN轉光纖設備(CANHub-AF2S2),光纖抗*力強，傳輸距離一般是CAN傳輸距離的2倍；

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

　　現在我們基本上解決組網形式和傳輸的問題，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？

　　總線組網線纜的選擇

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，導致總線傳輸總是偶發一些錯誤幀，導致數據重發，占用總線資源和其它數據傳輸，造成關鍵數據傳輸延遲，對研發工程師造成了極大的困擾，導致項目延遲；

　　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，也應該根據不同長度和電纜的選擇合理配。

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