论文部分内容阅读
[摘要] 由于工业的发展，诞生了多种总线技术，RS-482是现在常用的总线网路，不过现今出现了一些现场技术，现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络。控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)总线构成的网路就是其中最常用的，本文分析了RS-485和CAN总线之间的特点以便于读者更好的理解CAN总线。
[关键词] RS-485 工业总线 CAN
随着工业的发展，设备数目非常迅速地增张、设备的复杂性也急剧增加，同时自动化和远程控制成为了现今的主流。为了能够实现自动化和远程控制，设备之间的必须进行彼此之间的双向通信，因此信号传输的质量就有很高的要求了。
为了节省配线降低成本，同时降低传输线的布线难度和维护成本，工业总线越来越得到应用。
1、工业总线特点
工业总线的特点如下：
1）节省成本
因为采用专属配线的话，众多的设备使得专属配线的种类非常繁杂，非常不利于开发和维护。
2）利与维护
由于是总线结构，所有的设备只要与总线连接就可以实现通信。
3）稳定
因为所有设备连接至一条总线上，对于这样的一条配线可以使用较高的成本制作，因此拥有很高的电磁特性和传输速率。
总线网络的使用是工业产业发展的必然，现代工业系統的功能极大地丰富，新需求和新功能不断出现，而这些都要增加电气连接，使得遍布于车体内部的电缆日趋复杂和昂贵，使得研发、安装、调试和维护变得十分艰难。传统控制系统在安全性、性能和便利性的方面无法适应时代的发展，因此现场总线技术是这种趋势的必然。
2、RS-485的问题
比RS485网络：
RS485/MODBUS是现在比较常用的一种总线网络实现的方式，其特点是实施简单方便 ，而且现在支持RS485的仪器也越来越多，尤其是在石油化工行业，RS485/MODBUS占有绝对的优势。由于RS485的转换接口就价格低廉且种类繁多，仪表商也纷纷转向支持RS485/MODBUS。在低端市场RS485/MODBUS已经是最主要的组网方式。但是也有自身的问题：
共模电压过大问题：
RS-485总店接口电路的共模电压工作范围为-7V～+12V，如果不能得到满足，则设备无法加入网路与其他设备通信。
电磁辐射问题：
接口电路需要使用低阻的返回通信通路与总线相连，否则信号会以辐射的形式返回，使得整个总线变成一个大的辐射源。
3、CAN总线介绍
出于对方便、安全、舒适、低成本的要求，汽车公司利用现代计算机技术和数字通信技术，研发出了多种多样的智能控制设备。由于各个系统间电气特性和协议方面的差异，出现了多种总线共存的情况，伴随着系统复杂性的不断提升，传输线的数量也随之增加。为适应简单易用性、高可靠性、高性能的要求，德国博世公司于1986 年开发出面向汽车应用的CAN 通信协议。
图1CAN总线示意图
CAN总线传输的信号定义：显性信号，隐形信号。信号是差分信号，由CANH和CANL之差决定。
CANH和CANL电平之差为高电平的时，信号为显性信号，代表逻辑“0”。
图2 CAN总线信号示意图
4、比较分析
○工作电压范围
共模电平范围为：0V~2V。相对RS-485的-7V~12V，这样极大地降低了工作电压的范围。
○安全性
由于真正发送的信号只有0，所以还避免了RS-485那样的短路危险。
○高速率
CAN总线传输线上的物理电平变化在1V左右，其由显性“0”电平信号到隐性“1”电平信号转变的时间远远小于RS-485的12V电平，所以CAN总线有很高的信号传输速率，对信号的采样和电路的设计产生有利的影响。
○低功耗
CAN总线的低电压特点，使得它的功耗也相对于RS-485低。
○实时性强
采用的模式“发送数据->传输时仲裁”相对于“仲裁->发送数据”拥有更高的实时性。
由于只要总线空闲就可以传输，仲裁和传输同时进行，因此传输不会因为需要总线控制权的仲裁而出现延迟。而RS-485网络采用轮回查询的方式和以太网使用载波侦听的方式，这两种方式都要求有传输前的等待时间,还有可能会中断当前正在传输的有效数据。
○多主机
CAN总线系统中，所有的数据都是发送到总线上，所有的节点都会同时接收到，由于是使用标识符机制的决定目标节点，因此传输不受主机-从机模式的限制，任意节点之间都能够通信，且支持广播模式。报文标识符同时也是仲裁机制使用的优先级和报文过滤的判断数据。
而相对于RS-485网络的单主机-从机结构，节点之间能够彼此之间进行数据的交换，共同对一些模块进行监控能够实现分布式系统结构，其通信拥有更高的通信效率。
○报文过滤协议
相对于RS-485总线网络的单纯电气协议，CAN总线规定了总线的通信协议，而且这些通信协议可由CAN控制器芯片及相应的接口芯片来实现，减少了系统开发难度，缩短开发周期。
5、总结
综上可以看出，CAN总线相对于RS-485有很大的优势，同时CAN总线的高性能和可靠性已经被认同，并广泛地应用于自动化设备、船舶电子设备、医疗设备等。但是CAN通信协议在国内应用不是很广泛，还有很大的开发空间。
参考文献：
[1] Alex W.H. Choy；B.L. Luk；Louis K.P. Liu；S. Chen, CAN and Zigbee Based Distributed Control Architecture: Electroplating Applications, Measurement and Control [J], 2010, 43(3),1-12.
[2]徐榕， 何首文， 朱昌明，CAN总线网络测试研究, 微型机与应用[J],2010,29(22):55-57.
[3]何青， 李红， 何子睿，基于CAN总线远程振动监测系统研究[J]，振动、测试与诊断，2009,29(4):398-4
[关键词] RS-485 工业总线 CAN
随着工业的发展，设备数目非常迅速地增张、设备的复杂性也急剧增加，同时自动化和远程控制成为了现今的主流。为了能够实现自动化和远程控制，设备之间的必须进行彼此之间的双向通信，因此信号传输的质量就有很高的要求了。
为了节省配线降低成本，同时降低传输线的布线难度和维护成本，工业总线越来越得到应用。
1、工业总线特点
工业总线的特点如下：
1）节省成本
因为采用专属配线的话，众多的设备使得专属配线的种类非常繁杂，非常不利于开发和维护。
2）利与维护
由于是总线结构，所有的设备只要与总线连接就可以实现通信。
3）稳定
因为所有设备连接至一条总线上，对于这样的一条配线可以使用较高的成本制作，因此拥有很高的电磁特性和传输速率。
总线网络的使用是工业产业发展的必然，现代工业系統的功能极大地丰富，新需求和新功能不断出现，而这些都要增加电气连接，使得遍布于车体内部的电缆日趋复杂和昂贵，使得研发、安装、调试和维护变得十分艰难。传统控制系统在安全性、性能和便利性的方面无法适应时代的发展，因此现场总线技术是这种趋势的必然。
2、RS-485的问题
比RS485网络：
RS485/MODBUS是现在比较常用的一种总线网络实现的方式，其特点是实施简单方便 ，而且现在支持RS485的仪器也越来越多，尤其是在石油化工行业，RS485/MODBUS占有绝对的优势。由于RS485的转换接口就价格低廉且种类繁多，仪表商也纷纷转向支持RS485/MODBUS。在低端市场RS485/MODBUS已经是最主要的组网方式。但是也有自身的问题：
共模电压过大问题：
RS-485总店接口电路的共模电压工作范围为-7V～+12V，如果不能得到满足，则设备无法加入网路与其他设备通信。
电磁辐射问题：
接口电路需要使用低阻的返回通信通路与总线相连，否则信号会以辐射的形式返回，使得整个总线变成一个大的辐射源。
3、CAN总线介绍
出于对方便、安全、舒适、低成本的要求，汽车公司利用现代计算机技术和数字通信技术，研发出了多种多样的智能控制设备。由于各个系统间电气特性和协议方面的差异，出现了多种总线共存的情况，伴随着系统复杂性的不断提升，传输线的数量也随之增加。为适应简单易用性、高可靠性、高性能的要求，德国博世公司于1986 年开发出面向汽车应用的CAN 通信协议。
图1CAN总线示意图
CAN总线传输的信号定义：显性信号，隐形信号。信号是差分信号，由CANH和CANL之差决定。
CANH和CANL电平之差为高电平的时，信号为显性信号，代表逻辑“0”。
图2 CAN总线信号示意图
4、比较分析
○工作电压范围
共模电平范围为：0V~2V。相对RS-485的-7V~12V，这样极大地降低了工作电压的范围。
○安全性
由于真正发送的信号只有0，所以还避免了RS-485那样的短路危险。
○高速率
CAN总线传输线上的物理电平变化在1V左右，其由显性“0”电平信号到隐性“1”电平信号转变的时间远远小于RS-485的12V电平，所以CAN总线有很高的信号传输速率，对信号的采样和电路的设计产生有利的影响。
○低功耗
CAN总线的低电压特点，使得它的功耗也相对于RS-485低。
○实时性强
采用的模式“发送数据->传输时仲裁”相对于“仲裁->发送数据”拥有更高的实时性。
由于只要总线空闲就可以传输，仲裁和传输同时进行，因此传输不会因为需要总线控制权的仲裁而出现延迟。而RS-485网络采用轮回查询的方式和以太网使用载波侦听的方式，这两种方式都要求有传输前的等待时间,还有可能会中断当前正在传输的有效数据。
○多主机
CAN总线系统中，所有的数据都是发送到总线上，所有的节点都会同时接收到，由于是使用标识符机制的决定目标节点，因此传输不受主机-从机模式的限制，任意节点之间都能够通信，且支持广播模式。报文标识符同时也是仲裁机制使用的优先级和报文过滤的判断数据。
而相对于RS-485网络的单主机-从机结构，节点之间能够彼此之间进行数据的交换，共同对一些模块进行监控能够实现分布式系统结构，其通信拥有更高的通信效率。
○报文过滤协议
相对于RS-485总线网络的单纯电气协议，CAN总线规定了总线的通信协议，而且这些通信协议可由CAN控制器芯片及相应的接口芯片来实现，减少了系统开发难度，缩短开发周期。
5、总结
综上可以看出，CAN总线相对于RS-485有很大的优势，同时CAN总线的高性能和可靠性已经被认同，并广泛地应用于自动化设备、船舶电子设备、医疗设备等。但是CAN通信协议在国内应用不是很广泛，还有很大的开发空间。
参考文献：
[1] Alex W.H. Choy；B.L. Luk；Louis K.P. Liu；S. Chen, CAN and Zigbee Based Distributed Control Architecture: Electroplating Applications, Measurement and Control [J], 2010, 43(3),1-12.
[2]徐榕， 何首文， 朱昌明，CAN总线网络测试研究, 微型机与应用[J],2010,29(22):55-57.
[3]何青， 李红， 何子睿，基于CAN总线远程振动监测系统研究[J]，振动、测试与诊断，2009,29(4):398-4