RS485升級(jí)后的CANbus總線應(yīng)用方案

RS-485簡(jiǎn)述

電子產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)EIA 于1983 年制訂并發(fā)布RS-485 標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)TIA—通訊產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)修訂后命名為TIA/EIA-485-A，習(xí)慣地稱之為RS-485。RS-485是為彌補(bǔ)RS-232 通訊間隔短、速率低等缺點(diǎn)而產(chǎn)生的。RS-485只規(guī)定了平衡驅(qū)動(dòng)器和接收器的電特性，而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應(yīng)用層通訊協(xié)議。因而在當(dāng)時(shí)看來是一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)、具有相當(dāng)高噪聲抑制、相對(duì)高的傳輸速率、傳輸間隔遠(yuǎn)和寬共模范圍的通訊平臺(tái)。

在過往的20年的時(shí)間里，建議性標(biāo)準(zhǔn)RS-485 作為一種多點(diǎn)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范，被應(yīng)用在很多不同的領(lǐng)域，作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。目前，在我國(guó)應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線中，RS-485半雙工、全雙工異步通訊總線也是被各個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)廣泛使用的數(shù)據(jù)通訊總線。但是基于在RS-485總線上只能有一個(gè)主機(jī)的特點(diǎn)，它往往應(yīng)用在集中控制關(guān)鍵與分散控制單元之間。

由于RS-485總線本身存在的很多局限性，隨著科技的發(fā)展，RS-485的總線效率低、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性差、通訊的可靠性低、后期維護(hù)本錢高、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜、傳輸間隔不理想、單總線可掛接的節(jié)點(diǎn)少、應(yīng)用不靈活等缺點(diǎn)慢慢的暴露出來。固然很多工程師、生產(chǎn)廠商等提出了改進(jìn)的方法和建議，但都不能從根本上解決RS-485這些先天性的題目。于是應(yīng)用RS-485的生產(chǎn)廠商開始尋求一種更好的、更徹底的解決方案。

CAN-bus總線在通訊能力、可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性、易用性、傳輸間隔遠(yuǎn)、本錢低等方面有著明顯的上風(fēng)，成為業(yè)界最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

據(jù)CIA統(tǒng)計(jì)2001年，僅在歐洲就銷售了超過1億個(gè)CAN-bus節(jié)點(diǎn)，幾乎淘汰了所有的RS-485系統(tǒng)。但在國(guó)內(nèi)基于歷史或者其他的原因，大多數(shù)的廠商、工程師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品、工程立項(xiàng)時(shí)第一想到的是應(yīng)用RS-485總線系統(tǒng)，這不能不說是一種遺憾。所以在國(guó)內(nèi)的RS-485總線，仍然會(huì)有一段生命周期。

在此，提出RS-485網(wǎng)絡(luò)升級(jí)方案，用以拋磚引玉，期越來越多的工程師、生產(chǎn)廠商加進(jìn)到更先進(jìn)CAN-bus總線行業(yè)。

解決方案

RS-485總線網(wǎng)絡(luò)與CAN-bus總線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)

CAN-bus總線網(wǎng)絡(luò)完全替換RS-485總線網(wǎng)絡(luò)

RS-485CAN-bus優(yōu)缺點(diǎn)比較

通過上表比較可知，RS-485網(wǎng)絡(luò)除了硬件本錢、開發(fā)難度比CAN-bus網(wǎng)絡(luò)稍具上風(fēng)外，其他性能方面都沒有可比性。周立功公司具有非常周到的CAN-bus技術(shù)支持，為客戶開發(fā)CAN-bus總線提供具體的方案。在產(chǎn)品更新速度特別快的今天，假如將產(chǎn)品的上市時(shí)間、產(chǎn)品的后期維護(hù)、軟件開發(fā)難度等計(jì)算在一起，RS-485的硬件本錢上風(fēng)也變得不十分明顯。因而用CAN總線取代RS-485總線是一種比較徹底的方案。

RS-485總線網(wǎng)絡(luò)與CAN-bus總線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)

一下子完全放棄RS-485網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有困難的，尤其是在已經(jīng)具有現(xiàn)成的硬件網(wǎng)絡(luò)中。因此，可以考慮一種折衷的、暫時(shí)的方法，就是在保存現(xiàn)有RS-485 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，添加一個(gè)CAN-bus接口。這里，可以選擇CAN485智能轉(zhuǎn)換器，來實(shí)現(xiàn)RS-485網(wǎng)絡(luò)與CAN網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。

CAN-bus總線網(wǎng)絡(luò)完全替換RS-485總線網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于系統(tǒng)性能、實(shí)時(shí)性、可靠性要求高的場(chǎng)合可以考慮完全摒棄RS-485系統(tǒng)，來構(gòu)建一個(gè)新的CAN-bus系統(tǒng)。

構(gòu)建CAN-bus系統(tǒng)需要考慮網(wǎng)絡(luò)布局、節(jié)點(diǎn)電路的設(shè)計(jì)、開發(fā)工具的選擇等。

網(wǎng)絡(luò)布局

基于CAN-bus與RS-485在電氣特性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹鞑ッ襟w等有太多相似的地方，所以CAN-bus網(wǎng)絡(luò)替換RS-485網(wǎng)絡(luò)是非常方便、節(jié)省本錢的。圖5-1和圖5-2分別為CAN-bus和RS-485建議的電氣連接圖。

圖5-1 　CAN-bus建議的電氣連接圖

圖5-2 　RS-485典型的2線制網(wǎng)絡(luò)連接圖

從上圖比較可知，CAN與RS-485的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话愣疾捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，而且也都沒有規(guī)定總線電纜的機(jī)械和材料參數(shù)。假如RS-485的傳播媒體是光纖，那么原有的網(wǎng)絡(luò)布局不需要作任何的改動(dòng)(包括網(wǎng)線)，只需要用CAN節(jié)點(diǎn)來替換RS-485節(jié)點(diǎn)即可;但是假如是應(yīng)用雙絞線(屏蔽或不屏蔽)則CAN網(wǎng)絡(luò)必須要滿足如表5-1所示的物理媒體參數(shù)。 假如舊的RS-485網(wǎng)絡(luò)的雙絞線(屏蔽或不屏蔽)不符合表中的參數(shù)，為了獲得最佳的系統(tǒng)性能，那只有重新展設(shè)網(wǎng)絡(luò)電纜，并用CAN節(jié)點(diǎn)來替換 RS-485節(jié)點(diǎn)。

實(shí)際的RS-485系統(tǒng)中，大多數(shù)雙絞線的阻抗特性在102Ω至120Ω之間，假如系統(tǒng)中應(yīng)用的波特率不是很高、傳輸間隔不是很遠(yuǎn)，則可以保存原有的網(wǎng)絡(luò)電纜，要留意網(wǎng)絡(luò)兩真?zhèn)€終端電阻值為120Ω左右。

表5-1 　符合CAN網(wǎng)絡(luò)的雙線(屏蔽或不屏蔽)的物理媒體參數(shù)