94一线技术CAN总线特点及其与RS485总线性能比较文史延春哈尔滨无线电通信技术开发公司）梁军哈尔滨工业大学测控研究所）摘要:本文在论述CAN总线通信特点的基础上，比较了CAN总线通信与RS485总线通信的性能差异。由分析可见，CAN总线网络除了具有RS－485的一切优点之外，它的数据通信还具有突出的可靠性、实时性强、抗干扰性好和组网方式灵活的优点，因而非常适合于构建复杂现场的实时测控网络。关键词:CAN总线；RS485总线一、CAN总线的特点CAN具有十分优越的特点，这些特性包括：目前为止唯一具有国际
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的现场总线；支持多主方式；报文可分成不同的优先级，报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息；非破坏总线仲裁；可实现点对点、一点对多点及全局广播，无需专门的“调度”；直接通信距离最远达10km速率5kbps）;最高通信速率可达1Mbps此时通信距离最远40m）；目前节点数可达110个主要取决于总线驱动电路）；报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低；采用CRC校验和其他检错措施，具有极好的检错效果；通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，抗干扰能力强；可靠的错误处理和检错机制，如错误严重的节点可自动关闭输出功能、发送的信息遭到破坏后可自动重发，网络具备较高的可靠性；CAN总线具有较高的性价比结构简单、器件容易购置且价格便宜、开发技术容易掌握；极高的总线利用率。为促进CAN以及CAN协议的发展，1992年在欧洲成立了CiA(CANinAutomation)。在CiA的努力推广下，CAN技术在汽车电子控制系统、电梯控制系统、安全监控系统、医疗仪器、纺织机械、船舶运输、航天测控、雷达系统、导航系统等方面均得到了广泛的应用。现已有400多家公司加入了CiA，CiA已成为全球应用CAN技术的权威。二、CAN总线与RS485总线的性能比较在工业控制领域，在数据通信上要求设备间可随意进行数据交换、通信能以广播方式进行、简单经济的硬件接口、通信线尽量少、通信距离长、抗干扰能力强、可靠性高并能自动进行故障识别和自动恢复。在以往的国内测控领域，由于没有更好的选择，大多采用RS485作为通信总线。基于RS－485网络的分布式测控系统由于具有结构简单、抗干扰能力强、传输距离远、成本低等优点，而被广泛应用于各种工业现场。但在构建大型复杂工业现场的实时测控网络时，我们遇到的主要问题是必须保证系统具有良好的可靠性、抗干扰性和实时性，以及足够的通信距离。由于RS－485通信网络本身所具有的一些缺陷，使得它面对以上问题时不能给出一个很好的解决方案。这些不足主要表现在以下几个方面：1.系统故障隔离能力差RS－485是一种半双工的电气协议，传播介质采用双绞线。当比特流在介质上传输时，双绞线对上呈现的是一对极性相反的信号，这样在RS－485网络中，在任意时刻，总线就只能允许其上的一个节点向总线发送数据。如果总线上的某些节点发生故障，或者系统上位机的调度出现不该有的失误，导致多于一个以上的节点同时向总线发送数据时，就极有可能使总线呈现短路状态，从而损坏某些节点的RS－485驱动器，导致了故障范围的进一步扩大。2.网络系统的总体可靠性低利用RS－485只能构成主从式结构的通信网络，在这种网络中，一旦主节点出现故障，就会导致整个系统处于瘫痪状态，系统的总体可靠性较低。RS－485网络的通讯联络方式为命令响应型，这使得主站只能以轮询方式获取各个从站的信息，这就大大降低了总线上数据传输的效率。在大型系统中，由于底层测控点数量多，就会造成系统运行过程中某些节点的故障信息不能及时地被主站获取，系统的实时响应性较差，在某些实时性要求较高的场合，系统的这种弱点可能会造成重大事故。3.系统上位机的调度及通信软件的编制较复杂由于RS－485只是一种电气协议，它本身并未提供可靠高效的通信协议的实现，加之这种网络的工作方式是命令响应型，因此，为了保证数据通信的准确性和系统运行的可靠性，就必须编制完善的调度程序和通信协议，这就增加了系统开发的难度和开发周期。对于上述问题，RS－485网络本身无法给出良好的解决
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，而新兴的CAN总线技术则使这些问题得到了较好的解决，其特点如下：1.系统具有良好的故障隔离能力CAN总线的收发接口电路由器件82C250实现，82C250是通过它的两个输出端CANH和CANL）与物理总线进行连接的。按照CAN2.0A
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，在任意时刻，CANH端的电平只能是高电平和悬浮状态，而CANL端的电平则只能是低电平和悬浮状态，CAN的这种电平特性，使得即使多个节点同时向总线发送数据，也不会使总线呈现象RS－485总线那样的短路状态，从而也就不会把单个节点的故障“传染”给总线上的其它节点。另外，CAN总线的节点在错误严重时能够自动关闭，以保证总线上其它节点的操作不受影响。2.CAN网络具备良好的可靠性
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CAN的通信控制器工作于多主方式，网络中的任意节点在任意时刻均可向总线发送数据而不分主从，这就保证了基于CAN总线可以构成多主结构或冗余结构的系统，从而可使系统具有良好的可靠性。3.网络的实时响应性能好CAN对于传送的信息帧可以设定不同的优先级，并通过总线仲裁机制使高优先级的信息能够被优先及时地传送，这就保证了某些需要实时得到处理的信息能够及时地被处理。4.CAN具有良好的传输防错设计CAN采用短帧结构，使得数据被传输的时间短，受干扰的几率低，而且CAN的每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，保证了数据传输的出错率极低。5.通讯及调度软件的开发难度大大降低CAN的完善可靠的通信协议主要是由CAN接口器件实现的，通信联络方式灵活，这就大大降低了系统通讯及调度软件的开发难度和工作量，缩短了开发周期。6.CAN总线的通信距离远，通信速率高CAN总线的通信距离最远可达10km5Kbps以下），其通信速率最高可达1Mbps此时通信距离在40m以下），这一特点对构建大型系统极为有利。三、结论CAN作为一种新兴的现场总线技术，由于其具有的高性能、高可靠性、及独特的设计，使得它已成为最有前途的现场总线之一。在美国和欧洲，CAN已在汽车、机器人、数控机床、过程监控、医疗器械、机械制造、传感器等诸多领域得了成功的应用。与RS－485通信网络相比，CAN总线网络除了具有RS－485的一切优点之外，它的数据通信还具有突出的可靠性、实时性和抗干扰性，其组网方式也非常灵活，因而非常适合于构建复杂现场的实时测控网络。参考文献:[1]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社,1996.[2]周凤余，鲁守银，李贻斌，等.CAN总线系统智能节点设计与实现［J］.微计算机信息,1999,(6):2527.[3]高强，董力川，朱宁.嵌入式CAN总线控制系统设计［J］.自动化技术与应用,2002,(2):3334.[4]陆前锋.基于SJA1000的CAN总线智能控制系统设计［J］.自动化技术与应用,2003,(1):6164.
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