工業(yè)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）應(yīng)用

工業(yè)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）應(yīng)用是汽車系統(tǒng)及工業(yè)應(yīng)用場合連接各種電子控制模塊的串行異步多總線通信協(xié)議。

CAN主要用于數(shù)據(jù)完整性要求高，數(shù)據(jù)速率高達1 Mbit/s的應(yīng)用場合。

飛思卡爾半導(dǎo)體擁有成套系列產(chǎn)品，可供工業(yè)電子設(shè)計人員結(jié)合自己的應(yīng)用場合使用CAN。

設(shè)計挑戰(zhàn)

集成高層工業(yè)CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
對于工業(yè)系統(tǒng)、工廠自動化和設(shè)備控制來說，設(shè)計人員僅僅確定采用CAN是不夠的。大量系統(tǒng)、工具和設(shè)備往往還要在CAN網(wǎng)絡(luò)上層使用高層通信協(xié)議（如CANopen或DeviceNET）。這些通信協(xié)議規(guī)定了輸入/輸出、傳感器監(jiān)控和電機控制器等不同網(wǎng)絡(luò)模塊的動作，定義了一個節(jié)點至另一節(jié)點傳送的信息內(nèi)容，傳送時間及傳送頻率。這些工業(yè)通信協(xié)議十分復(fù)雜，往往難以設(shè)計軟件驅(qū)動程序代碼。許多客戶發(fā)現(xiàn)，采購驅(qū)動軟件，將其集成到應(yīng)用中較為方便，這樣可以專注于應(yīng)用軟件的設(shè)計。


應(yīng)用中編程，網(wǎng)絡(luò)下載
當工廠建成或設(shè)備安裝后，對網(wǎng)絡(luò)中的某個模塊進行物理訪問十分困難且成本很高，或者根本無法訪問。因此，急需能夠通過網(wǎng)絡(luò)本身對設(shè)備重復(fù)編程。這樣，可以只訪問網(wǎng)絡(luò)的某些點，而不是對每個模塊進行物理訪問。應(yīng)用內(nèi)部編程可以升級模塊軟件，修復(fù)故障，添加新功能或更新校準數(shù)據(jù)。這種編程方式為延長模塊使用壽命提供了有效方法，但需要采用微處理器，以便于遠程重復(fù)編程。


診斷，負荷控制與負荷處理
工廠自動化或工業(yè)控制環(huán)境下，一般存在大量不同類型的傳感器和起動器。智能化地準確控制這些器件是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。每個系統(tǒng)組件所需控制越多，設(shè)計人員對整體系統(tǒng)的設(shè)計量也越大。以電機為例，為保證生產(chǎn)線高速運行，需對電機十分準確快速地加以控制。如果電機運轉(zhuǎn)能夠達到最高效率，可顯著節(jié)省企業(yè)設(shè)備運行成本。電機控制水平取決于傳感器準確詳細的反饋信息，用以確定電機運行速度，抑或原料在生產(chǎn)線上傳送的位置。

不同CAN網(wǎng)絡(luò)具有物理層要求
與各種主要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一樣，CAN也需要用于通信的物理層設(shè)備。這種物理層原于ISO/OSI七層模型。物理層用于控制總線電壓及電流、處理電流與電壓瞬變、信號總線（線路）故障并在可行的情況下加以糾正。

Bosch CAN技術(shù)規(guī)范未給出CAN網(wǎng)絡(luò)物理層的技術(shù)規(guī)范。這種情況對于設(shè)計人員喜憂參半。近十年來，出現(xiàn)兩大物理層設(shè)計，并成為大部分CAN應(yīng)用所采用的物理層。這兩種物理層采用線對的差分電壓進行通訊，通常稱為高速物理層和低速物理層。

當兩條線路中有一條發(fā)生短路或開路故障時，低速體系結(jié)構(gòu)可變?yōu)閱尉€操作（即不接地）。盡管兩種體系結(jié)構(gòu)都采用差分電壓，但兩結(jié)構(gòu)的端接方法不同，因此在生產(chǎn)系統(tǒng)中不兼容。

由于CAN規(guī)范未規(guī)定物理層要求，因此由其他標準組織來幫助設(shè)計人員設(shè)計可兼容的CAN設(shè)備。國際標準化組織（ISO）制定了保證組件物理層互操作性的相應(yīng)標準并提出設(shè)計規(guī)范建議。ISO標準一般適用于以下工業(yè)應(yīng)用。

解決方案

集成高層工業(yè)CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
飛思卡爾為基于C語言軟件設(shè)計嵌入式應(yīng)用提供了成套開發(fā)工具。這種系統(tǒng)可供應(yīng)用設(shè)計人員設(shè)計嵌入式應(yīng)用，并且便于集成現(xiàn)有支持工業(yè)CAN網(wǎng)絡(luò)（如DeviceNet或CANopen）基于C語言的軟件驅(qū)動程序。

應(yīng)用中編程（IAP）
利用大量基于閃存、具有CAN網(wǎng)絡(luò)功能的MCU產(chǎn)品，飛思卡爾推出先進的器件解決方案，用于構(gòu)建可在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進行升級的節(jié)點。除采用閃存外，應(yīng)用中編程的其他特性使得其非常簡便。飛思卡爾Flash MCU工作溫度為-40°C至125°C，可快速方便地重復(fù)編程，不需要增加電源。一個電源可支持MCU，為閃存陣列提供編程電壓。這種功能不需要附加電路，也不必管理獨立的編程電源。


診斷，負荷控制與負荷處理
飛思卡爾SMARTMOS (SMOS) 產(chǎn)品對連接電機、照明燈、傳感器及其他類型工業(yè)裝置，具有出色的控制能力和診斷功能。驅(qū)動的保護功能一般比較難做、成本高，在離散部件中很難實現(xiàn)。飛思卡爾的產(chǎn)品（如電機控制的H橋驅(qū)動）將保護功能集成在驅(qū)動中。SMOS H橋路驅(qū)動器可全面避免過電壓、過電流、溫度過高等故障，低電壓自動關(guān)閉輸出可防止設(shè)備損壞。此外，電流再復(fù)制等電流監(jiān)控功能可監(jiān)控橋路下橋臂的電流，確定電機的電流大小。芯片溫度及電源也可進行測量和監(jiān)控，具有過去無法達到的診斷能力。SMOS還具有負荷控制功能，可通過設(shè)定電流極限，以可控脈寬調(diào)制驅(qū)動輸出控制負載電流?；魻栃?yīng)傳感器是SMOS為大量電機控制場合提供的另一個重要部件，可用于測量電機轉(zhuǎn)速。


其他監(jiān)控高壓開關(guān)的SMOS產(chǎn)品使5V輸入/輸出的MCU可連接高壓開關(guān)。器件的脈沖清洗電流可清潔開關(guān)觸點，一個MCU可同時連接12個開關(guān)，而MCU與器件通信的引腳僅用4個。


飛思卡爾SMOS CAN物理層產(chǎn)品滿足工業(yè)客戶需求
為滿足CAN多種物理層要求，飛思卡爾推出大量CAN物理層器件，產(chǎn)品性能符合或優(yōu)于ISO標準。


但是，僅有物理層器件不一定足以滿足技術(shù)要求。例如，系統(tǒng)模塊可能需要由穩(wěn)壓電源供電。有時，本機開關(guān)或傳感器需要喚醒睡眠模式下的模塊迅速進入工作狀態(tài)。這時，開關(guān)或傳感器工作電平會高于數(shù)字邏輯電路電平。飛思卡爾基礎(chǔ)芯片（SBC）可滿足工業(yè)設(shè)計平臺這類情況下的要求。SBC將CAN連接所需的CAN物理層與電壓調(diào)節(jié)、獨立的看門狗時鐘及本機喚醒電路加以整合，從而可在增加少量組件的情況下提供極大的靈活性。由于這些電路可采用相同的半導(dǎo)體工藝進行設(shè)計，因此完全可以將這些功能集成在一個封裝中，減少最終設(shè)計的組件數(shù)量。從而降低組裝成本，提高可靠性和設(shè)計的靈活性。

結(jié)構(gòu)圖

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