CAN通信及應用一、CAN通信原理二、CAN報文的種類及幀格式三、CAN通信應用一、CAN通信原理1.CAN總線定義CAN總線協議（ControllerAreaNetwork），控制器局域網總線，是德國BOSCH公司研發的一種串行通訊協議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號，是世界上應用最廣泛的現場總線之一。CAN網絡中至少需要兩個節點設備才可進行通信，發送數據時所有節點都能接收到所有信息，無法僅向某一個特定節點設備發送消息，對于節點接收到的無關的信息，可通過設置CAN總線硬件的本地過濾功能，對有效的消息做出反應。CAN由于其高性能和可靠性，并被廣泛地應用于工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。一、CAN通信原理2.CAN總線結構CAN總線是一種廣播類型的總線，可支持線形拓撲、星形拓撲、樹形拓撲和環形拓撲等。（1）線形拓撲線形拓撲是在一條主干總線分出各個節點支線，其優點在于布線施工簡單，接線方便，阻抗匹配規則固定，缺點是拓撲不夠靈活，在一定程度上影響通訊距離，如圖1所示：圖1線性拓撲一、CAN通信原理雖然CAN總線可以支持多種網絡拓撲，但在實際應用中比較推薦使用線形拓撲，且在IOS11898-2中高速CAN物理層規范推薦也是線形拓撲。在ISO11898-2和ISO11898-3中分別規定了兩種CAN總線結構。ISO11898-2中定義了通信速率為125Kbps～1Mbps的高速閉環CAN通信標準，當通信總線長度≤40米，最大通信速率可達到1Mbps，高速閉環CAN（高速CAN）通信如圖1-3所示，ISO11898-3中定義了通信速率為10～125Kbps的低速開環CAN通信標準，當傳輸速率為40Kbps時，總線距離可達到1000米。低速開環CAN（低速容錯CAN）通信如圖2所示：圖2(a)高速閉環CAN(b)低速閉環CAN一、CAN通信原理（2）星形拓撲星形拓撲是每個節點通過中央設備連到一起，其優點是容易擴展，缺點是一旦中央設備出故障會導致總線集體故障，而且分支線長不同，阻抗匹配復雜，可能需要通過一些中繼器或集線器進行擴展，如圖3所示：圖3星形拓撲一、CAN通信原理（3）樹形拓撲樹形拓撲是節點分支比較多，且分支長度不同，其優點是布線方便，缺點是網絡拓撲復雜，阻抗匹配困難，通訊中極易出現問題，必須加一些集線器設備，如圖4所示：圖4樹形拓撲一、CAN通信原理（4）環形拓撲環形拓撲是將CAN總線頭尾相連，形成環狀，其優點是線纜任意位置斷開，總線都不會出現問題，缺點是信號反射嚴重，無法用于高波特率和遠距離傳輸，如圖5所示：圖5環形拓撲一、CAN通信原理3.CAN節點組成CAN節點通常由三部分組成：CAN收發器、CAN控制器和MCU。CAN總線通過差分信號進行數據傳輸，CAN收發器用于差分信號與TTL電平信號的正向或反向轉換，CAN控制器用于接收TTL電平信號或將MCU處獲取的數據以TTL電平信號的形式輸出，如圖6所示：圖6CAN節點組成一、CAN通信原理CAN總線分高速CAN和低速CAN，收發器也分為高速CAN收發器（1Mbps）和低速CAN收發器（125Kbps）。低速CAN也叫容錯CAN（FaultToleranceCAN），指的是即使總線上一根線失效，總線依然可以通信。如同串口中的MAX3232用作電平轉換，CAN收發器的作用則是把邏輯信號轉換為差分信號。二、CAN報文的種類和幀格式1.報文種類CAN協議的報文傳輸過程中有：數據幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔5種形式。其中，數據幀和遙控幀有標準格式和擴展格式兩種格式。數據幀：用于發送節點向接受節點傳送數據（最常用）。遠程幀：用于接收節點向某個發送節點請求數據。錯誤幀：用于當某節點檢測出錯誤時向其他節點通知錯誤幀。過載幀：用于接收節點向發送節點通知自身接收能力的幀。幀間隔：將數據幀或遠程幀與前面的幀分離的幀。二、CAN報文的種類和幀格式2.數據幀組成標準格式有11個位的標識符（ID），擴展格式有29個位的ID。如圖7。最主要的數據幀組成：①起始段。表示數據幀開始的段。②仲裁段。表示該幀優先級的段。③控制段。表示數據的字節數及保留位的段。④數據段。數據的內容，一幀可發送0~8個字節的數據。⑤CRC段。檢查幀的傳輸錯誤的段。⑥ACK段。表示確認正常接收的段。⑦結束段。表示數據幀結束的段。右圖中D為顯性電平，R為隱性電平。圖7數據幀組成二、CAN報文的種類和幀格式3.數據幀解析①幀起始。標準幀和擴展幀都是由1個位的顯性電平表示幀起始。②仲裁段。表示數據優先級的段，標準幀和擴展幀格式在本段有所區別，如下所示：ID：高位在前，低位在后。基本ID，禁止高7位都為隱性，即不能：ID=1111111XXXX。RTR，遠程請求位。0，數據幀；1，遠程幀。SRR，替代遠程請求位。設置為1（隱性電平）。IDE，標識符選擇位。0，標準標識符；1，擴展標識符。③控制段。由6個位構成，表示數據段的字節數。標準幀和擴展幀的控制段稍有不同，如下所示：r0，r1：保留位。必須以顯現電平發送，但是接收可以是隱性電平。DLC：數據長度碼。0~8，表示發送/接收的數據長度（字節）。IDE，標識符選擇位。0，標準標識符；1，擴展標識符。二、CAN報文的種類和幀格式④數據段。該段可包含0~8個字節的數據，從最高位（MSB）開始輸出。標準幀和擴展幀在這個段的格式完全一樣。⑤CRC段。該段用于檢查幀傳輸錯誤。由15個位的CRC順序和1個位的CRC界定符（用于分隔的位）組成，標準幀和擴展幀在這個段的格式也是相同的。CRC的值計算范圍包括：幀起始、仲裁段、控制段、數據段。接收方以同樣的算法計算CRC值并進行比較，不一致時會通報錯誤。⑥ACK段。此段用來確認是否正常接收。由ACK槽(ACKSlot)和ACK界定符2個位組成。標準幀和擴展幀在這個段的格式也是相同的。二、CAN報文的種類和幀格式1）發送單元ACK段：發送2個隱性位。2）接收單元ACK段：接收到正確消息的單元，在ACK槽發送顯性位，通知發送單元，正常接收結束。稱之為發送ACK/返回ACK。注意：發送ACK的是既不處于總線關閉態也不處于休眠態的所有接收單元中，接收到正常消息的單元（發送單元不發送ACK）。正常消息是指：不含填充錯誤、格式錯誤、CRC錯誤的消息。⑦幀結束。由7個位的隱性位組成。標準幀和擴展幀在這個段格式完全一樣。三、CAN通信應用在工業生產的過程中存在著一些不安全或危險的因素，危害著工人的身體健康和生命安全，同時也會造成生產被動或發生各種事故。為了預防或消除對工人健康的有害影響和各類事故的發生，就需要采取各種技術措施和組織措施，防患于未然。在這里，語音提示器在這里達到了一定的預防作用。三、CAN通信應用某工廠為了提高當前自動化生產線的安全指數，并優化日常生產活動的管理，特在生產線中接入語音提示器，來標識當前生產線的狀態。接下來，需要對語音提示器進行通信及編程處理，使其能夠根據生產線控制器的不同狀態，作出如下反應。控制器信號語音類型語音音調音量信號1警告語音180dB信號2音樂語音260dB信號3提示語音340dB三、CAN通信應用1.任務準備（1）硬件/軟件系統：硬件：語音報警器，CAN轉以太網服務器，PLC控制器，PC機軟件：windows操作系統，博圖PLC編程軟件，CANET200設置軟件硬件軟件三、CAN通信應用（2）工具/輔件準備網線，Micro-USB數據線網線Micro-USB數據線拷貝音頻文件使用三、CAN通信應用2.電氣準備（1）如圖，檢查電源線、通信線連接情況；（2）將音樂文件按照文件夾一一拷貝進去；接線示意圖拷貝音頻文件時，需要斷開喇叭電源注意：三、CAN通信應用3.CAN以太網服務器設置（1）修改PC機IP地址為192.168.0網段非服務器地址三、CAN通信應用（2）設置服務器通信參數方式一：調試助手改IP地址確認端口號，PLC的TCP連接需要使用；波特率，需要參考手冊，改為125000三、CAN通信應用方式二：網頁修改輸入CAN以太網服務器IP地址192.168.0.7備注：設置后，重啟服務器三、CAN通信應用4.PLC編程（1）建