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CAN总线远程传输可靠性的设计方法和实现

作者:时间:2009-05-13来源:网络收藏

O 引言
现场能同时满足过程控制和制造业自动化的需求,成为工业数据领域最为活跃的技术之一。(Controller Area Network,即控制器局域网)现场以其多主方式,报文自动过滤重发、极低的误码率和高通讯速率等特点,在各种低成本、高抗干扰的多机监控系统中得到广泛应用。
总线属于总线式带同步位的串行通信网络,由于采用了许多新技术以及独特的,与一般的通信总线相比,总线在远距离数据通信上具有突出的、实时性和灵活性。CAN的直接通信距离最远可达lOkm(通信速率5Kbps以下),通信速率最高可达lMbps(通信距离最长40m)。但在实际的过程中,通信数据受许多因素的影响,致使的波形失真,达不到预期的效果。本文针对CAN总线进行了与分析。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/173745.htm


1 远程CAN总线传输的主要影响因素
(1)工作环境电磁干扰的影响。
(2)传输介质分布电容和电阻的影响。
(3)远近端阻抗不匹配的影响。
(4)接收同步位端的相位变化和幅值变化的影响。
(5)传送波特率位时钟的影响。
(6)没有发送和接收帧的节点之问高阻状态性的漏电对CAN总线的影响。
(7)对总线短路和断路监测处理的影响。


2 远程CAN总线传输可靠性的设计
系统运行在复杂的电磁空问里,有外界的各种电磁场变化,也有系统内部各个元器件之间的电磁干扰。尤其工作现场的电磁场环境是最容易干扰系统的可靠性。因此系统数据传输过程采用屏蔽双绞线,它综合了屏蔽线和双绞线两者的优点,是较理想的信号传输线,即可以抑制静电干扰,也可以抑制电磁感应干扰,从而提高系统的可靠性。
元器件是构成系统的基础,选择集成化程度高,抗干扰能力强,功耗又小的电子元器件尤为重要。选择合适的MCU是CAN总线控制系统设计成功的关键。在综合比较了当前业界流行的几款MCU最终选择了Silicon Laboratories公司的C8051F040这款8位作为CAN总线控制系统的控制核心。
C8051F040(以下简称F040)是完全集成的混合信号系统级芯片,具有与MCS一5l完全兼容的指令内核。由于采用了流水线处理技术,大大提高了指令执行效率。F040还采用了Flash ROM技术,集成了JTAG,了真正的在线编程和片上调试。它比SJAl000等片外CAN总线控制器具有更好的可靠性和集成度高的特点。F040的CAN控制器完全硬件化,解决了CPU与CAN,总线控制器之间的竞争矛盾。
在主机CAN节点中,如图1所示,选择Silicon Laboratories公司的USB转UART桥接芯片CP2101,内部自带512B收发缓冲器,进一步从芯片本身上解决了数据冲突的问题。它还有300bps至921.6Kbps的波特率变化范围,满足高速通讯要求,外围电路十分简单;另外,CP2101还集成了5V转3V电压调节器,可以由USB总线来对整个主机节点供电,这样整个电路就只需一根USB连线即可与PC机通讯,无需额外电源,即插即用,十分方便。
图1主机CAN节点的硬件连接图(参见下页)

ADuMl20l是ADI公司生产的隔离器,采用平面磁场专利隔离技术,取消了光电耦合器中的光电转换过程。因此ADuMl201具有优于光电隔离器的优点:速度更高(最高速率达到25 Mbps)、功耗更低(最小工作电流为0.8mA)、性能更高、体积更小、价格更便宜、应用更灵活(多通道数字隔离器能在同一芯片内提供发送和接收通道)。选择ADuMl201用来CAN控制器和CAN驱动器之问的电气隔离,增强系统的稳定性,提高了系统的抗干扰能力。
为了进一步提高系统的远程通讯可靠性,选择TI公司生产的芯片SN65HVD251作为CAN总线收发器。SN65HVD251能以高达1Mbps的速度提供到总线的差动传输功能,以及到CAN控制器的差动接收功能。具有差分收发能力、高抗电磁干扰、超小封装、低功耗性能。与F040配合使用,可使外围电路更加简洁,如图2所示。

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