針對(duì)CAN總線傳輸距離問(wèn)題提出的方案

1.1 針對(duì)傳輸距離問(wèn)題所作的嘗試方案

從上面的電路圖以及數(shù)據(jù)分析可以看出：在距離偏遠(yuǎn)時(shí)，總線線電壓已經(jīng)處于臨界識(shí)別狀態(tài)，其數(shù)據(jù)很難正常接收(已經(jīng)沒(méi)有可靠性可言)。為此我們嘗試采用以下幾個(gè)方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

1.1.1 在線路中直接加兩個(gè)發(fā)送芯片

該方案就是在總線線路中直接加入兩個(gè)發(fā)送芯片(采用82C250為例)[3]，并把發(fā)送芯片的管腳TXD和RXD對(duì)連。其連接電路如下：

圖1 發(fā)送芯片連接電路圖

整個(gè)電路看似很正常，把左邊的數(shù)據(jù)傳輸到右邊，右邊的數(shù)據(jù)傳輸到左邊，實(shí)際上此電路是無(wú)法使用的。此電路接入總線后，只要在總線上有一個(gè)顯性電平出現(xiàn)，那么整個(gè)電路將永遠(yuǎn)呈現(xiàn)顯性電平。原因在于每個(gè)期間都有延遲(雖然是僅僅幾個(gè)ns延遲)，假設(shè)從電路左邊收到一個(gè)顯性電平，經(jīng)過(guò)左右兩個(gè)82C250芯片延遲Tns后傳輸?shù)接疫?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/CAN">CAN總線，另外82C250芯片本身具有同時(shí)發(fā)送、接收功能，那么右邊的82C250芯片同時(shí)把右邊CAN總線的顯性電平又傳送到左邊，這樣就形成了一個(gè)回路，使得總線永遠(yuǎn)處于顯性狀態(tài)。

1.1.2 加入邏輯控制電路進(jìn)行隔離

從上面可以看出，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)該防止數(shù)據(jù)重傳形成回路。為此我們做了如下規(guī)定：在有顯性電平時(shí)只能夠有一個(gè)方向傳輸(哪個(gè)方向先來(lái)顯性電平開(kāi)通哪個(gè)方向，同時(shí)到來(lái)則選擇任一個(gè)方向開(kāi)通);發(fā)送端顯性電平結(jié)束后，所有方向都停止T1時(shí)間(Tns

利用CPLD很容易實(shí)現(xiàn)上面的規(guī)定邏輯。利用此方案把該電路先連接在總線10Km處，并在10Km不遠(yuǎn)處連接一個(gè)接收設(shè)備，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪邮照?，并且其接收端總線電壓差為1.32V，是單連設(shè)備接收電壓差的1.55倍。

1.1.3 線路中間加入CAN卡中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸(中繼器)

在距離達(dá)到10Km時(shí)，其接收數(shù)據(jù)不正常的原因是由于總線電壓差值較小的緣故。為此，有的采用升壓和降壓電路是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)槊總€(gè)接收器都得加入一個(gè)調(diào)理電路，造價(jià)很明顯就上去了。另外，即使升壓了，由于CAN總線按照仲裁發(fā)送決定了總要遇到方案二中提到的由于延遲總線形成閉合回路的問(wèn)題。

為了達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸，可以在中間加入中繼器，相當(dāng)于把總線距離縮短了一倍。中繼器的結(jié)構(gòu)如下：

圖2 中繼器結(jié)構(gòu)示意圖

選擇使用兩個(gè)8031單片機(jī)目的在于能夠及時(shí)處理CAN總線上的數(shù)據(jù)，使得設(shè)計(jì)也變得比較簡(jiǎn)單，不需考慮CAN總線兩邊的數(shù)據(jù)發(fā)送沖突。只要每個(gè)單片機(jī)有1K的緩存就可以。

具體實(shí)現(xiàn)思路：?jiǎn)纹瑱C(jī)接收CAN總線數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，在空閑階段把數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)單片機(jī)(兩者之間通過(guò)SPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信)，同時(shí)把從另一個(gè)單片機(jī)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

1.2CAN總線結(jié)構(gòu)[2]

CAN總線系統(tǒng)一般連接結(jié)構(gòu)如圖(以芯片82C250為例)所示，R=120Ω。(注：圖中僅畫出了一個(gè)智能設(shè)備，實(shí)際中可以最多達(dá)110個(gè))

圖3 CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

CAN總線一般都是利用在環(huán)境比較惡劣，控制室與現(xiàn)場(chǎng)比較遠(yuǎn)的場(chǎng)合?？偩€距離達(dá)到8Km以上時(shí)，其單向線路電阻將達(dá)到100Ω，而兩端的終端電阻為120Ω(不考慮智能設(shè)備本身電阻，認(rèn)為其電阻為無(wú)限大)。其等效電路為圖2：

圖4 CAN總線電路等效圖

對(duì)于CAN接收器而言能夠識(shí)別的電壓要大于0.8V，一般為0.9V以上。

在實(shí)際的工程中我們是利用此方案實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)模饕蚴强梢詽M足數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，利用此方案的電路我們進(jìn)行過(guò)節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到100的測(cè)試，其性能正常、可靠，能夠滿足實(shí)際的需要。

CAN總線技術(shù)作為一種新型的總線技術(shù)由于其具有良好的故障隔離能力、網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力以及CAN具有良好地傳輸防錯(cuò)設(shè)計(jì)等，使其已經(jīng)成為現(xiàn)在最有前途的總線之一。