CAN总线最全应用

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第4讲

CAN 数据总线（CAN BUS）

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CAN通信技术概述

CAN ( Controller Area Network ) 即控制器局域网络。由于其高性能、高可靠性、及独特的设计，CAN越来越受到人们的重视。国外已有许多大公司的产品采用了这一技术。

CAN最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的。现代汽车越来越多地采用电子装置控制，如发动机的定时、注油控制，加速、刹车控制(ASC)及复杂的抗锁定刹车系统(ABS)等。由于这些控制需检测及交换大量数据，采用硬接信号线的方式不但烦琐、昂贵，而且难以解决问题，采用CAN总线上述问题便得到很好地解决。幻灯片5

1993年CAN 成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519（低速应用）。

CAN的规范从CAN 1.2 规范(标准格式)发展为兼容CAN 1.2 规范的CAN2.0规范(CAN2.0A为标准格式，CAN2.0B为扩展格式)，目前应用的CAN器件大多符合CAN2.0规范。幻灯片6

CAN总线特点

CAN总线是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。

CAN总线特点如下：

（1）可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。

（2）网络上的节点（信息）可分成不同的优先级,可以满足不同的实时要求。

（3）采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。幻灯片7

（4）可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种传送方式接收数据。（5）直接通信距离最远可达10km（速率5Kbps以下）。（6）通信速率最高可达1MB/s（此时距离最长40m）。

（7）节点数实际可达110个。

（8）采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个。

（9）每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，数据出错率极低。

（10）通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。

（11）节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。幻灯片8

CAN的发展背景及其应用情况

CAN的起源

现代社会对汽车的要求不断提高，这些要求包括：极高的主动安全性和被动安全性；乘坐的舒适性；驾驶与使用的便捷和人性化；尤其是低排放和低油耗的要求等。在汽车设计中运用微处理器及其电控技术是满足这些要求的最好方法，而且已经得到了广泛的运用。目前这些系统有：ABS（防抱系统）、EBD（制动力分配系统）、EMS（发动机管理系统）、多功能数字化仪表、主动悬架、导航系统、电子防盗系统、自动空调和自动CD 机等。幻灯片9

汽车电子技术发展的特点：

? 汽车电子控制技术从单一的控制逐步发展到综合控制，如点火时刻、燃油喷射、怠速控

制、排气再循环。

? 电子技术从发动机控制扩展到汽车的各个组成部分，如制动防抱死系统、自动变速系统、

信息显示系统等。

? 从汽车本身到融入外部社会环境。

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? 现代汽车电子技术的分类： ?

? 单独控制系统：由一个电子控制单元（ECU）控制一个工作装置或系统的电子控制系统，

如发动机控制系统、自动变速器等。

? 集中控制系统：由一个电子控制单元（ECU）同时控制多个工作装置或系统的电子控制

系统。如汽车底盘控制系统。

控制器局域网络系统（CAN总线系统）：由多个电子控制单元（ECU）同时控制多个工作装置或系统，各控制单元（ECU）的共用信息通过总线互相传递。

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带有中央控制单元的车幻灯片12

带有三个中央控制单元的车幻灯片13

带有三个中央控制单元和总线系统的车幻灯片14

带有三个中央控制单元的CAN驱动网络幻灯片15

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车用网络发展原因

? 电子技术发展----线束增加 ? 线控系统（X-BY-WIRE） ? 计算机网络的广泛应用 ? 智能交通系统的应用

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汽车发展带来的问题

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（1 （2 （3）大量的连接器导致可靠性降低。粗大的线束与汽车中有限的可用空间之间的矛盾越来越尖锐，电缆的体积、可靠性和重量成为越来越突出的问题，而且也成为汽车轻量化和进一步电子化的最大障碍，汽车的制造和安装也变得非常困难。 ? （4）存在冗余的传感器。

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? Vo l v o 汽车近三十年来线束增长的情况

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? 车用网络：通过总线将汽车上的各种电子装置与设备连成一个网络，实现相互之间的信

息共享，既减少了线束，又可更好地控制和协调汽车的各个系统，使汽车性能达到最佳。 ?

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汽车网络化的优点

布线简单，设计简化，节约铜材，降低成本。可靠性提高，可维护性大为提高实现信息共享，提高汽车性能

满足现代汽车电子设备种类功能越来越多的要求

总之，使用汽车网络不仅可以减少线束，而且能够提高各控制系统的运行可靠性，减少冗余的传感器及相应的软硬件配置，实现各子系统之间的资源共享，便于集中实现各子系统的在线故障诊断。

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Canbus的发展历史

大众公司首次在97年PASSAT的舒适系统上采用了传送速率为62.5Kbit/m的Canbus。 2001年，大众公司提高了Canbus的设计标准，将舒适系统Canbus提高到100Kbit/m, 驱动系统提高到500Kbit/m。

98年在PASSAT和GOLF的驱动系统上增加

了Canbus，传送速率为500Kbit/m。

2002年，大众集团在新PQ24平台上使用带有车载网络控制单元的第三代Canbus。

2000年，大众公司在PASSAT和GOLF采用

了带有网关的第二代Canbus。

2003年，大众集团在新PQ35平台上使用五重结构的Canbus系统，并且出现了单线的LIN-BUS。

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CAN技术的发展

◆20世纪80年代，Bosch的工程人员开始研究用于汽车的串行总线系统，因为当时还没有一个网络协议能完全满足汽车工程的要求。参加研究的还有Mercedes-Benz公司、Intel公司，还有德国两所大学的教授。

◆ 1986年， Bosch在SAE（汽车工程人员协会）大会上提出了CAN

◆ 1987年，INTEL就推出了第一片CAN控制芯片—82526；随后Philips半导体推出了82C200。

◆ 1993年，CAN的国际标准ISO11898公布

从此CAN 协议被广泛的用于各类自动化控制领域。幻灯片24 ◆1992年，CIA（CAN in Automation）用户组织成立，之后制定了第一个CAN应用层“CAL”。 ◆ 1994年开始有了国际CAN学术年会（ICC）。

◆ 1994年美国汽车工程师协会以CAN为基础制定了SAEJ1939标准，用于卡车和巴士控制和通信网络。

◆ 到今天，几乎每一辆欧洲生产的轿车上都有CAN；高级客车上有两套CAN，通过网关互联；1999年一年就有近6千万个CAN控制器投入使用；2000年销售1亿多CAN的芯片；2001年用在汽车上的CAN节点数目超过1亿个。

◆ 但是轿车上基于CAN的控制网络至今仍是各大公司自成系统，没有一个统一标准。幻灯片25

◆ 基于CAN的应用层协议应用较通用的有两种：DeviceNet（适合于工厂底层自动化）和 CANopen（适合于机械控制的嵌入式应用）。

◆ 任何组织或个人都可以从DeviceNet供货商协会（ODVA）获得DeviceNet规范。购买者将得到无限制的、真正免费的开发DeviceNet产品的授权。

◆ DeviceNet自2002年被确立为中国国家标准以来，已在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山等各个行业得到成功应用，其低成本和高可靠性已经得到广泛认同。幻灯片26

基于CAN总线的汽车电器网络结构

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Can-High的高电平为：3.6伏 Can-High的低电平为：0伏 Can-Low 的高电平为: 5伏 Can-low 的低电平为：1.4伏逻辑“1”： Can-high=3.6V Can-low=1.4V 逻辑“0”： Can-high=0V Can-low=5V

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1、CAN舒适/ Infotainment数据总线的差动数据传递

为了使低速CAN抗干扰性强且电流消耗低，与CAN驱动数据总线相比就需做一些改动。

首先，由于使用了单独的驱动器（功率放大器），这两个CAN信号就不再有彼此依赖的关系了。与CAN驱动数据总线不同，CAN舒适/ Infotainment数据总线的CAN-High线和CAN-Low线不是通过电阻相连的。也就是说：CAN-High线和CAN-Low线不再彼此相互影响，而是彼此独立作为电压源来工作。

另外还放弃了共同的中压，在隐性状态（静电平）时，CAN-High信号为0V，在显性状态时≥3.6V。

对于CAN-Low信号来说，隐性电平为5V，显性电平≤1.4V。

于是在差频信号放大器内相减后，隐性电平为-5V，显性电平为2.2V，那么隐性电平和显性电平之间的电压变化（电压提升）就提高到≥7.2V。幻灯片68

2、CAN舒适/Infotainment数据总线的CAN-收发器

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测舒适系统高低线的电阻为无穷大！

幻灯片70 总系统

通过网关将三个系统联成网络

由于电压电平和电阻配置不同，所以在CAN驱动数据总线和CAN舒适/Infotainment数据总线之间无法进行耦合联接。另外这两种数据总线的传输速率是不同的，这就决定了它们无法使用不同的信号。

这就需要在这两个系统之间能完成一个转换。这个转换过程是通过所谓的网关来实现的。根据车辆的不同，网关可能安装在组合仪表内、车上供电控制单元内或在自己的网关控制单元内。

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由于通过CAN数据总线的所有信息都供网关使用，所以网关也用作诊断接口。目前是通过网关的K-线来查询诊断信息，从Touran车开始是通过CAN数据总线诊断线来完成这个工作的。