CAN總線標準接口與佈線規范

工業4.0時代已經到來,基於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,其實最好的解決辦法就是產品前期設計要相對的嚴謹,今天主要帶大傢熟悉CAN總線的常用接口和佈線規范。

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、智能傢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,與其後期解決問題,不如前期有效規避。

一、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,熟知接口定義有助於提高自身產品和其它設備兼容性。

1、DB_9端子

圖1 DB_9接口定義

圖1一般工業中最常用的9針D-Sub連接器,分公頭和母頭,這裡值得一提的是引腳6和9在標準中也是定義瞭功能的,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。

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,在這裡可能沒有什麼特別需要註意的點,還有就是除瞭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。

二、CAN總線佈線規范

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

1、CAN總線佈線形式

  • “手牽手”式連接

圖4 “手牽手”式連接

手牽手佈線是最基本的一種方式,需要註意的是在佈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,不可隻接單端或不接。

  • “T”型連接

圖5 “T型”連接

“T型連接”的佈線方式需要註意的是分支的長度,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,一般情況分支佈線的情況符合圖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

對於星型拓撲結構來說需要註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幹擾,延長通訊距離。

2、組網功能實現

選好組網的形式之後,那麼我們就要考慮實際組網後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傢簡單分享一下。

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),光纖抗幹擾能力強,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,可能大傢忽略瞭兩個問題,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、總線組網線纜的選擇

圖9 電纜選擇和終端電阻匹配

在這裡不得不說,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,對於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,雖然帶屏蔽瞭,但是CAN_H和CAN_L平行佈線並不能很好的抑制共模幹擾,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,對研發工程師造成瞭極大的困擾,導致項目延遲。

其次就是終端電阻對總線的影響,不能隻記著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。

作為國內CAN總線系統解決方案供應商,同時也是CIA協會在中國最主要的CAN總線技術傳播的窗口,目前致遠電子的產品覆蓋瞭從CAN隔離收發器模塊、接口轉換卡、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。

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