為什么CAN能取代RS485？

近年來(lái)CAN總線逐漸被工程師認(rèn)知，并以其突出特點(diǎn)，逐漸在取代RS485等總線，本文將以CAN與RS485為例總結(jié)各自?xún)?yōu)勢(shì)，為您解疑“為什么CAN能取代RS485”。

現(xiàn)場(chǎng)總線是90年代初國(guó)際上發(fā)展形成的，目前廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。

圖 1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式

采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊時(shí)，連線多，線路復(fù)雜，兩兩連線需要兩兩連線，需要根線

圖 2 總線連接方式

信息在一條公共通道上傳輸，信息接收者從通道上接收所有信息，并根據(jù)規(guī)則過(guò)濾發(fā)送給自己的信息。連線少，結(jié)構(gòu)清晰，僅需≤n+1根線。

目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)主流的總線方式包括RS232、RS485、CAN、Devicenet等，那么多總線類(lèi)型，都有什么特點(diǎn)和應(yīng)用呢?本文就以最常用的RS485和熱門(mén)的CAN總線進(jìn)行對(duì)比分析，幫助您選擇更加合適的通訊方案。

圖 3 目前主流的現(xiàn)場(chǎng)總線

CAN是控制網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork的簡(jiǎn)稱(chēng)，最早由德國(guó)BOSCH公司推出，用于汽車(chē)內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。

圖 4 CAN在汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

CAN總線特點(diǎn)：

l 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線，傳輸可靠，實(shí)時(shí)性高;

l 傳輸距離遠(yuǎn)(最遠(yuǎn)10Km)，傳輸速率快(最高1MHz bps);

l 單條總線最多可接110個(gè)節(jié)點(diǎn)，并可方便的擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)數(shù);

l 多主結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)的地位平等，方便區(qū)域組網(wǎng)，總線利用率高;

l 實(shí)時(shí)性高，非破壞總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)無(wú)延時(shí);

l 出錯(cuò)的CAN節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉并切斷和總線的聯(lián)系，不影響總線的通訊;

l 報(bào)文為短幀結(jié)構(gòu)并有硬件CRC校驗(yàn)，受干擾概率小，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低;

l 自動(dòng)檢測(cè)報(bào)文發(fā)送成功與否，可硬件自動(dòng)重發(fā)，傳輸可靠性很高;

l 硬件報(bào)文濾波功能，只接收必要信息，減輕cpu負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化軟件編制;

l 通訊介質(zhì)可用普通的雙絞線，同軸電纜或光纖等;

l CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有極高的性?xún)r(jià)比。

RS-485是從 RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，可以采用二線與四線兩種不同的方式，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信。而采用四線連接時(shí)，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。即只能有一個(gè)主設(shè)備(Master)，其余為從設(shè)備(Slave)。

RS485接口標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)：

l RS-485的電氣特性：兩線間的電壓差范圍為±(2-6)V表示，接口信號(hào)電平降低，不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接;

l RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps;

l RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好;

l RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá) 3000米。RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力,但RS-485總線上任何時(shí)候只能有一發(fā)送器發(fā)送;

l RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口;

l RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線，接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。

1. 速度與距離：CAN與RS485以1Mbit/S的高速率傳輸?shù)木嚯x都不超過(guò)100M，可謂高速上的距離差不多。但是低速CAN以5Kbit/S時(shí)，距離可達(dá)10KM。而增強(qiáng)型RS485收發(fā)器在最低的速率時(shí)亦能傳輸超過(guò)10KM(都無(wú)中繼)，兩者在長(zhǎng)距離的傳輸上也難分伯仲;

圖 5 CAN長(zhǎng)距離通訊優(yōu)勢(shì)在智能家居中應(yīng)用

2. 總線利用率：RS485是單主從結(jié)構(gòu)，就是一個(gè)總線上只能有一臺(tái)主機(jī)，通訊都由它發(fā)起的，它沒(méi)有下命令，下面的節(jié)點(diǎn)不能發(fā)送，而且要發(fā)完即答，受到答復(fù)后，主機(jī)才向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)詢(xún)問(wèn)，這樣是為了防止多個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，而造成數(shù)據(jù)錯(cuò)亂。而CAN-bus是多主從結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有CAN控制器，多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)，以發(fā)送的ID號(hào)自動(dòng)進(jìn)行仲裁，這樣就可以實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)不錯(cuò)亂，而且一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)完，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以探測(cè)到總線空閑，而馬上發(fā)送，這樣省去了主機(jī)的詢(xún)問(wèn)，提高了總線利用率，增強(qiáng)了快速性。所以在汽車(chē)等實(shí)性要求高的系統(tǒng)，都是用CAN總線，或者其他類(lèi)似的總線;

3. 錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制：RS485只規(guī)定了物理層，而沒(méi)有數(shù)據(jù)鏈路層，所以它對(duì)錯(cuò)誤是無(wú)法識(shí)別的，除非一些短路等物理錯(cuò)誤。這樣容易造成一個(gè)節(jié)點(diǎn)破壞了，拼命向總線發(fā)數(shù)據(jù)(一直發(fā)1)，這樣造成整個(gè)總線癱瘓。所以RS485一旦壞一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)都掛。而CAN總線有CAN控制器，可以對(duì)總線任何錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤狀態(tài)，適時(shí)關(guān)閉總線，進(jìn)而保護(hù)總線。如果檢測(cè)到其他節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤或者自身錯(cuò)誤，都會(huì)向總線發(fā)送錯(cuò)誤幀，來(lái)提示其他節(jié)點(diǎn)，這個(gè)數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，大家小心。這樣CAN總線一旦有一個(gè)節(jié)點(diǎn)程序跑飛了，它的控制器自動(dòng)閉鎖，保護(hù)總線。所以在安全性要求高的網(wǎng)路，CAN是很強(qiáng)的;

4. 器件價(jià)格：隨著CAN總線迅猛發(fā)展，目前CAN隔離收發(fā)器單價(jià)大有與RS485價(jià)格持平的趨勢(shì)，RS485收發(fā)器逐漸失去價(jià)格優(yōu)勢(shì);

5. 開(kāi)發(fā)難度：CAN具有完善的通信協(xié)議，底層機(jī)制由CAN控制器芯片及其接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，研發(fā)工程師只需要了解面向客戶(hù)的應(yīng)用層，從而大大降低了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度，縮短了開(kāi)發(fā)周期。而RS-485協(xié)議僅僅只有電氣協(xié)議，客戶(hù)開(kāi)發(fā)需要自己開(kāi)發(fā)鏈路層和應(yīng)用層，開(kāi)發(fā)難度較大。

致遠(yuǎn)電子作為國(guó)內(nèi)總線隔離收發(fā)器領(lǐng)導(dǎo)品牌，基于近二十年的總線隔離技術(shù)積累，為有效解決總線干擾，通訊異常等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離電路、收發(fā)電路及總線防護(hù)電路高度集成化與高可靠性，致遠(yuǎn)電子推出了CTM、RSM等系列隔離收發(fā)器。

并經(jīng)過(guò)近二十年的市場(chǎng)驗(yàn)證，憑借產(chǎn)品的高穩(wěn)定性，已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)電子、工業(yè)控制、軌道交通、儀器儀表、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域，是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的隔離收發(fā)器。

致遠(yuǎn)電子目前已完善從工業(yè)CAN隔離收發(fā)與轉(zhuǎn)換器，到CAN網(wǎng)絡(luò)拓展與記錄儀，以及CAN總線分析儀等整套產(chǎn)品體系，可為CAN總線提供整套的通訊測(cè)試解決方案。