can總線通信有哪些行業(yè)應(yīng)用及設(shè)計(jì)方案？

CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。

一個(gè)由CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛接無數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。CAN可提供高達(dá)1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了CAN的抗電磁干擾能力。

CAN總線技術(shù)詳解，CAN總線在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用一覽

CAN總線技術(shù)原理

CAN總線使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運(yùn)行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協(xié)議支持多主控制器。CAN與I2C總線的許多細(xì)節(jié)很類似，但也有一些明顯的區(qū)別。

當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對(duì)其進(jìn)行接收。

每組報(bào)文開頭的11位字符為標(biāo)識(shí)符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的報(bào)文。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線讀取時(shí)，這種配置十分重要。

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當(dāng)一個(gè)站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本站的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài);當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。

CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。

由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準(zhǔn)的控制系統(tǒng)并靈活地進(jìn)行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進(jìn)一些新站而無需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。

當(dāng)所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨(dú)立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控制器需要測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，可由網(wǎng)上獲得，而無須每個(gè)控制器都有自己獨(dú)立的傳感器。

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CAN支持四類信息幀類型

1、數(shù)據(jù)幀

CAN協(xié)議有兩種數(shù)據(jù)幀類型標(biāo)準(zhǔn)2.0A和標(biāo)準(zhǔn)2.0B。兩者本質(zhì)的不同在于ID的長(zhǎng)度不同。在2.0A類型中，ID的長(zhǎng)度為l l位;在2.0B類型中ID為29位。一個(gè)信息震中包括7個(gè)主要的域：幀起始域——標(biāo)志數(shù)據(jù)幀的開始，由一個(gè)顯性位組成。

仲裁域——內(nèi)容由標(biāo)示符和遠(yuǎn)程傳輸請(qǐng)求位(RTR)組成，RTR用以表明此信息幀是數(shù)據(jù)幀還是不包含任何數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)地請(qǐng)求幀。當(dāng)2.0A的數(shù)據(jù)幀和2.0B的數(shù)據(jù)幀必須在同一條總線上傳輸時(shí)，首先判斷其優(yōu)先權(quán)，如果ID相同，則非擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先權(quán)高于擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀。

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控制域——r0、r1是保留位，作為擴(kuò)展位，DLC表示一幀中數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)目。數(shù)據(jù)域——包含0～8字節(jié)的數(shù)據(jù)。

校驗(yàn)域——檢驗(yàn)位錯(cuò)用的循環(huán)冗余校驗(yàn)域，共15位。應(yīng)答域——包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符。正確接收到有效報(bào)文的接收站在應(yīng)答期間將總線值為顯性電平。幀結(jié)束——由七位隱性電平組成。

2、遠(yuǎn)程幀

遠(yuǎn)程幀接受數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可通過發(fā)遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。它由6個(gè)域組成：幀起始、仲裁域、控制域、校驗(yàn)域、應(yīng)答域、幀結(jié)束。

3、錯(cuò)誤指示幀

錯(cuò)誤指示幀由錯(cuò)誤標(biāo)志和錯(cuò)誤分界兩個(gè)域組成。接收節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)總線上的報(bào)文有誤時(shí)，將自動(dòng)發(fā)出“活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志”其他節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志后發(fā)送“錯(cuò)誤認(rèn)可標(biāo)志”。

4、超載幀

超載幀由超載標(biāo)志和超載分隔符組成。超載幀只能在一個(gè)幀結(jié)束后開始。當(dāng)接收方接收下一幀之前，需要過多的時(shí)間處理當(dāng)前的數(shù)據(jù)，或在幀問空隙域檢測(cè)到顯性電平時(shí)，則導(dǎo)致發(fā)送超載幀。

隨著我國綜合國力的提高，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)也得到了迅速發(fā)展，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)已經(jīng)在逐漸實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。近年來，電子信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的智能化發(fā)展，這也意味著機(jī)械設(shè)備上的控制單元正在不斷增加，而將CAN總線技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械，可以極大程度便利控制單元的集成組裝和維護(hù)。

ISOBUS 11783標(biāo)準(zhǔn)

技術(shù)平臺(tái)和農(nóng)業(yè)機(jī)械之間缺乏兼容性是一個(gè)長(zhǎng)期困擾智慧農(nóng)業(yè)從業(yè)者的問題，這也是提升生產(chǎn)效率面對(duì)的巨大難題。雖然技術(shù)的專有解決方案很多，但是組件之間無法交互，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能變得困難重重。為了解決這個(gè)問題，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定了通信協(xié)議ISOBUS標(biāo)準(zhǔn)(ISO11783)，將其作為機(jī)具、拖拉機(jī)和計(jì)算機(jī)之間電子通信的通用協(xié)議。

ISOBUS標(biāo)準(zhǔn)(ISO11783)應(yīng)用于農(nóng)用機(jī)械領(lǐng)域，如拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、播種機(jī)、灌溉設(shè)備等。ISOBUS基于標(biāo)準(zhǔn)的CAN總線技術(shù)，并以CAN高層協(xié)議SAE J1939協(xié)議為基礎(chǔ)，將不同設(shè)備之間的通信協(xié)議統(tǒng)一到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口上，從而實(shí)現(xiàn)了不同設(shè)備之間的互相通信。兼容ISOBUS的機(jī)具可以直接連接到農(nóng)業(yè)機(jī)械的控制網(wǎng)絡(luò)，因此可以由駕駛室內(nèi)的單個(gè)控制終端控制。它能夠幫助集成多個(gè)機(jī)載系統(tǒng)，如GPS和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)。

CAN總線在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)又稱為精確農(nóng)業(yè)或精細(xì)農(nóng)作，是近年出現(xiàn)的專門用于大田作物種植的綜合集成的高科技農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是以信息技術(shù)為支撐，根據(jù)空間變異，定位、定時(shí)、定量地實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作與管理的系統(tǒng)，是信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全面結(jié)合的一種新型農(nóng)業(yè)。CAN總線技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)具各項(xiàng)數(shù)據(jù)的收集、傳輸、整合、分析，例如車速、作業(yè)面積、經(jīng)度、緯度、發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)等，從而便捷農(nóng)業(yè)項(xiàng)目的后續(xù)研究以及改進(jìn)。

農(nóng)業(yè)維修與保養(yǎng)

農(nóng)機(jī)農(nóng)具在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或收割時(shí)節(jié)使用頻率較高，而且進(jìn)行作業(yè)的環(huán)境惡劣，其他時(shí)候使用很少，零部件可能會(huì)出現(xiàn)磨損或功能下降影響正常使用，所以定時(shí)進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械的維修與保養(yǎng)至關(guān)重要。CAN總線使用戶能夠監(jiān)測(cè)、捕獲農(nóng)業(yè)機(jī)械各個(gè)部件的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行維修，提高處理效率及安全性。

滿足當(dāng)前和未來的農(nóng)業(yè)機(jī)械需求

1983年，CAN總線協(xié)議由德國Bosch公司設(shè)計(jì)推出。1985年，Kvaser就開始專注于CAN技術(shù)的研發(fā)，深耕行業(yè)領(lǐng)域40年，至今已經(jīng)累計(jì)推出100多款CAN產(chǎn)品，憑借可靠、便捷且耐久的品質(zhì)，Kvaser產(chǎn)品深受全球工程師的喜愛。先進(jìn)可靠的CAN硬件能夠幫助技術(shù)人員優(yōu)化應(yīng)用技術(shù)，助力農(nóng)業(yè)機(jī)械現(xiàn)代化發(fā)展。

光纖CAN總線通信技術(shù)在以下領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用：

(1)汽車行業(yè)：光纖CAN總線通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，用于車輛內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)之間的高速數(shù)據(jù)通信。它可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更長(zhǎng)的通信距離，提高車輛的性能和安全性。

(2)工業(yè)自動(dòng)化：光纖CAN總線通信技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。它可以用于連接各種工業(yè)設(shè)備和傳感器，實(shí)現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)通信，支持實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)。

(3)航空航天：航空航天領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)囊蠓浅８撸虼斯饫wCAN總線通信技術(shù)在航空航天系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。它可以在飛行器內(nèi)部和外部傳輸大量的數(shù)據(jù)，支持飛行控制、導(dǎo)航、通信和監(jiān)測(cè)等任務(wù)。

(4)鐵路交通：光纖CAN總線通信技術(shù)在鐵路交通系統(tǒng)中用于車輛間的通信和信號(hào)傳輸。它可以提供高帶寬、抗干擾和可靠性能，支持列車控制、信號(hào)系統(tǒng)和安全監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。

(5)船舶和海洋工程：在船舶和海洋工程領(lǐng)域，光纖CAN總線通信技術(shù)可以用于船舶內(nèi)部各個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，如船舶控制、導(dǎo)航、通信和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。