CAN总线标准接口与布线规范

时间:2017-05-11 09:40来源:ZLG致远电子

摘要:工业40时代已经到来,基于自主优先级仲裁和错误重发机制的CAN总线应用十分广泛,相同的各种总线故障和问题也十分困扰工程师,其实最好的解决办法就是产品前期设计要相对的严谨,今天主要带大家熟悉CAN总线的常用接口和布线规范。

工业4.0时代已经到来,基于自主优先级仲裁和错误重发机制的CAN总线应用十分广泛,相同的各种总线故障和问题也十分困扰工程师,其实最好的解决办法就是产品前期设计要相对的严谨,今天主要带大家熟悉CAN总线的常用接口和布线规范。

随着CAN总线技术的应用愈发广泛,不仅涉及汽车电子和轨道交通,还包括医疗器械、工业控制、智能家居和机器人网络互联等,当然我们的工程师也被各种奇葩的总线问题困扰,与其后期解决问题,不如前期有效规避。

一、常见的CAN总线标准接口
CAN总线接口已经在CIA出版的标准CIA 303_1进行明确规定,熟知接口定义有助于提高自身产品和其它设备兼容性。
1.    DB_9端子
 
图 1 DB_9接口定义
图1一般工业中最常用的9针D-Sub连接器,分公头和母头,这里值得一提的是引脚6和9在标准中也是定义了功能的,9定义为收发器/光耦合器的正极电源,但在工业领域常常会有所变化,6和9也常用做CAN设备电源电压的输入引脚,但这种技术局限性较大,因为通过引脚运输到的电流非常有限,参考标准CIA 303_1。
2.    OPEN_5端子
 
图 2 Open_5接口定义
图2是Open_5形式的接口定义,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,需根据实际情况选择。
3.    M12端子
 
图 3 M12接口定义
图3是M12形式的接口定义,在这里可能没有什么特别需要注意的点,还有就是除了5pin的接口还有8pin、9pin、10pin和12pin的接口,具体的定义不在赘述,可参考标准CIA 303_1。

二、CAN总线布线规范
如果你是一个CAN总线的入门小白,下面的总线布线规范,你可能得收藏起来,在你组网布线的时候时不时拿出来看看,相信对你会非常有帮助。
1.    CAN总线布线形式
1)    “手牵手”式连接

图 4 “手牵手”式连接
手牵手布线是最基本的一种方式,需要注意的是在布线的时候电阻和电抗分配必须合理,一般要求在首尾两端各配一个120欧的终端电阻,不可只接单端或不接。
2)    “T”型连接
 
图 5 “T型”连接
“T型连接”的布线方式需要注意的是分支的长度,一般波特率在1M的情况下,分支长度最好不要超过0.3m,如果需要增加分支长度,可以降低通讯速率或者使用(CANbridge+)中继器延长距离,一般情况分支布线的情况符合图 5即可。
 
图 6 分支距离和波特率的关系
3)    星型拓扑结构
 
图 7 星型拓扑结构
对于星型拓扑结构来说需要注意的是每个分支的终端电阻的匹配,一般等距离分支终端电阻R=N(分支数)*60即可,如果不等距,需要根据实际情况进行匹配,星型组网一般推荐使用(CANHUB-AS4)集线器,能够有效隔离子网络的干扰,延长通讯距离。

2.    组网功能实现
选好组网的形式之后,那么我们就要考虑实际组网后的功能是否能够满足需求,接下来我就通过一个案例来跟大家简单分享一下;
 
图 8 组网示意图
上面的案列比较简单,中控室一般采用电脑控制,但是电脑的接口一般是PCI/CPCI/USB接口居多,需要使用相关的接口转换卡引出,接着就是传输距离和传输速率关系,一般遵循【传输距离(km)=(50000/波特率(byte))*0.8】,仅作参考,应视具体情况而定,如果你想要更长的传输距离和传输速率,以下方案可提供参考:
1)    增加中继设备(Can Bridge+),一般传输距离增加一倍;
2)    使用CAN转光纤设备(CANHub-AF2S2),光纤抗干扰能力强,传输距离一般是CAN传输距离的2倍;
3)    使用CAN转以太网(CANET-XE-U),以太网传输速率一般都是10/100/1000M,减少信号传输时间。
现在我们基本上解决组网形式和传输的问题,可能大家忽略了两个问题,一个是传输线缆的选择,到底是用多粗的线缆、是否屏蔽、双绞线还是平行线呢?

3.    总线组网线缆的选择
 
图 10 电缆选择和终端电阻匹配
在这里不得不说,同我接触的很多CAN总线的工程师,都会忽略这个电缆选型和终端电阻匹配问题,对于电缆选型很多工程师好像是对线缆的重视程度还不够,一般选择平行线缆带屏蔽的线缆,虽然带屏蔽了,但是CAN_H和CAN_L平行布线并不能很好的抑制共模干扰,导致总线传输总是偶发一些错误帧,导致数据重发,占用总线资源和其它数据传输,造成关键数据传输延迟,对研发工程师造成了极大的困扰,导致项目延迟;

其次就是终端电阻对总线的影响,不能只记着120欧的终端电阻,也应该根据不同长度和电缆的选择合理配。


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