CAN總線標(biāo)準(zhǔn)接口與布線規(guī)范

工業(yè)4.0時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，基于自主優(yōu)先級(jí)仲裁和錯(cuò)誤重發(fā)機(jī)制的CAN總線應(yīng)用十分廣泛，相同的各種總線故障和問(wèn)題也十分困擾工程師，其實(shí)最好的解決辦法就是產(chǎn)品前期設(shè)計(jì)要相對(duì)的嚴(yán)謹(jǐn)，今天主要帶大家熟悉CAN總線的常用接口和布線規(guī)范。

隨著CAN總線技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，不僅涉及汽車(chē)電子和軌道交通，還包括醫(yī)療器械、工業(yè)控制、智能家居和機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等，當(dāng)然我們的工程師也被各種奇葩的總線問(wèn)題困擾，與其后期解決問(wèn)題，不如前期有效規(guī)避。

一、常見(jiàn)的CAN總線標(biāo)準(zhǔn)接口

CAN總線接口已經(jīng)在CIA出版的標(biāo)準(zhǔn)CIA 303_1進(jìn)行明確規(guī)定，熟知接口定義有助于提高自身產(chǎn)品和其它設(shè)備兼容性。

1. DB_9端子

圖 1 DB_9接口定義

圖1一般工業(yè)中最常用的9針D-Sub連接器，分公頭和母頭，這里值得一提的是引腳6和9在標(biāo)準(zhǔn)中也是定義了功能的，9定義為收發(fā)器/光耦合器的正極電源，但在工業(yè)領(lǐng)域常常會(huì)有所變化，6和9也常用做CAN設(shè)備電源電壓的輸入引腳，但這種技術(shù)局限性較大，因?yàn)橥ㄟ^(guò)引腳運(yùn)輸?shù)降碾娏鞣浅Ｓ邢?，參考?biāo)準(zhǔn)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(jù)實(shí)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，在這里可能沒(méi)有什么特別需要注意的點(diǎn)，還有就是除了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(biāo)準(zhǔn)CIA 303_1。

二、CAN總線布線規(guī)范

如果你是一個(gè)CAN總線的入門(mén)小白，下面的總線布線規(guī)范，你可能得收藏起來(lái)，在你組網(wǎng)布線的時(shí)候時(shí)不時(shí)拿出來(lái)看看，相信對(duì)你會(huì)非常有幫助。

1. CAN總線布線形式

1) “手牽手”式連接

圖 4 “手牽手”式連接

手牽手布線是最基本的一種方式，需要注意的是在布線的時(shí)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(gè)120歐的終端電阻，不可只接單端或不接。

2) “T”型連接

圖 5 “T型”連接

“T型連接”的布線方式需要注意的是分支的長(zhǎng)度，一般波特率在1M的情況下，分支長(zhǎng)度最好不要超過(guò)0.3m,如果需要增加分支長(zhǎng)度，可以降低通訊速率或者使用(CANbridge+)中繼器延長(zhǎng)距離，一般情況分支布線的情況符合圖 5即可。

圖 6 分支距離和波特率的關(guān)系

3) 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖 7 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

對(duì)于星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)需要注意的是每個(gè)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(shù))*60即可，如果不等距，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行匹配，星型組網(wǎng)一般推薦使用(CANHUB-AS4)集線器，能夠有效隔離子網(wǎng)絡(luò)的干擾，延長(zhǎng)通訊距離。

2. 組網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)

選好組網(wǎng)的形式之后，那么我們就要考慮實(shí)際組網(wǎng)后的功能是否能夠滿(mǎn)足需求，接下來(lái)我就通過(guò)一個(gè)案例來(lái)跟大家簡(jiǎn)單分享一下;

圖 8 組網(wǎng)示意圖

上面的案列比較簡(jiǎn)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(guān)的接口轉(zhuǎn)換卡引出，接著就是傳輸距離和傳輸速率關(guān)系，一般遵循【傳輸距離(km)=(50000/波特率(byte))*0.8】，僅作參考，應(yīng)視具體情況而定，如果你想要更長(zhǎng)的傳輸距離和傳輸速率，以下方案可提供參考：

1) 增加中繼設(shè)備(Can Bridge+)，一般傳輸距離增加一倍;

2) 使用CAN轉(zhuǎn)光纖設(shè)備(CANHub-AF2S2),光纖抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離一般是CAN傳輸距離的2倍;

3) 使用CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)(CANET-XE-U)，以太網(wǎng)傳輸速率一般都是10/100/1000M，減少信號(hào)傳輸時(shí)間。

現(xiàn)在我們基本上解決組網(wǎng)形式和傳輸?shù)膯?wèn)題，可能大家忽略了兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)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(wǎng)線纜的選擇

圖 10 電纜選擇和終端電阻匹配

在這里不得不說(shuō)，同我接觸的很多CAN總線的工程師，都會(huì)忽略這個(gè)電纜選型和終端電阻匹配問(wèn)題，對(duì)于電纜選型很多工程師好像是對(duì)線纜的重視程度還不夠，一般選擇平行線纜帶屏蔽的線纜，雖然帶屏蔽了，但是CAN_H和CAN_L平行布線并不能很好的抑制共模干擾，導(dǎo)致總線傳輸總是偶發(fā)一些錯(cuò)誤幀，導(dǎo)致數(shù)據(jù)重發(fā)，占用總線資源和其它數(shù)據(jù)傳輸，造成關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸延遲，對(duì)研發(fā)工程師造成了極大的困擾，導(dǎo)致項(xiàng)目延遲;

其次就是終端電阻對(duì)總線的影響，不能只記著120歐的終端電阻，也應(yīng)該根據(jù)不同長(zhǎng)度和電纜的選擇合理配。