CAN总线控制系统实例

ＣＡＮ总线
控制系统
实例
信科08-2班
陈磊08063538
目录1．Can总线的发展过程
2．CAN总线技术在汽车中的应用实例3．Can总线技术在其它方面的应用实例4．总结
1．Can总线的发展过程
CAN总线是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。

随着电子技术的迅速发展和在汽车上的广泛应用，汽车电子化程度越来越高。

从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统，从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力，使汽车电子系统形成了一个复杂的大系统。

这些系统除了各自的电源线外，还需要互相通信，不难想象，若仍沿用常规的点对点的布线方式进行布线，那么整个汽车的布线将会如一团乱麻，需要应用大量的电源线而且通信效率很低。

若采用总线方式布线(如CAN总线)，则可以节省大量的电源线而且会大大提高通讯效率。

因此，采用CAN总线方式布线，能大大简化汽车布线。

布线增加使汽车布线中所使用铜线增加。

虽然有些线是用于控制且通过电流只有几十毫安，但是为了提高可靠性，规定所用线径最小不能低于0.5mm。

实际上，传输距离远的线一般都在0．8mm或1.0mm以上。

汽车布线一般是先将线制成线束，然后再把线束装在纵梁下等看不到的地方，这样一旦线束中出了问题，不仅查找相当麻烦，而且维修也很困难，多数情况下要把线束全部换掉。

但是，由于每种车型的长度、宽度以及电器安装的位置都不同，所以线束也太不一样，每辆车都要单独设计，从而增加了设计和试制的难度。

在实际生产安装中，要仔细走线并对线头对线号，由于线束很粗而安装位置有限，所以工效也很低。

有时想在车上增加一两种新的功能，或将某个落后的电器配件用一种新型的配件代替，便会多出几根线，使原来已经很乱的布线更加的乱成一团。

鉴于这些原因，在借鉴计算机网络和现场控制技术的基础上，汽车网络技术应运而生。

CAN(Controller Area Network)数据总线是一种极适于汽车环境的汽车局域网。

CAN总线是德国Bosch公司为解决汽车监控系统中的复杂技术难题而设计的数字信号通信协议，它属于总线式串行通信网络。

由于采用了许多新技术和独特的设计思想，与同类车载网络相比，CAN总线在数据传输方面具有可靠、实时和灵活的优点。

国内在CAN总线方面的研究和应用与国外相比还存在明显的差距，体现在两个方面：
(1)国内在自主研究和开发汽车电子CAN网络方面尚处于试验和起步阶段，国内绝大部分的汽车还没有采用汽车总线设计；
(2)国内汽车合资企业不少已采用CAN总线技术，但核心技术掌握在外商手中。

为顺应世界汽车工业发展的趋势，我国也相应加强了对CAN总线的研究，并开发具有自主知识产权的CAN总线产品。

早在20世纪70年代末，众多国际知名的汽车公司就积极致力于汽车总线技术的研究及应用，如BOSCH公司的CAN、马自达的PALMNET、德国大众的ABUS等。

其中CAN总线由于其技术背景和来源于工业现场总线和计算机局域网这样非常
成熟的技术，现已成为汽车总线的主流技术和标准。

世界上很多著名的汽车制造厂商，如Volkswagen(大众)、BenZ(宝马)、Porsche(保时捷)、Rolls—Royce(劳斯莱斯)、等都已经采用CAN总线来实现汽车内部控制系统的数据通信。

CAN总线在汽车电子系统中得到广泛应用，已成为欧洲汽车制造业的主体行业标准，代表着汽车电子控制网络的主流发展趋势。

现代汽车越来越多地采用电子装置控制，例如发动机的定时注油控制，加速、刹车控制及防抱死刹车系统(ABS)等。

以前，国内批量生产的轿车如上汽的桑塔纳、一汽的捷达和奥迪、神龙的富康以及天汽的夏利等多属于中低档轿车，这些轿车都没有进行网络化设计，可以说以前国内汽车在CAN总线技术的应用上是一个空白。

直到最近几年，国内各汽车公司从国外引进了一些电控技术含量较高的新车型。

完全引进国外技术生产的奥迪A6车型已于2000年起采用总线替代原有线束，帕萨特B5、BORA、POLO、FIATPALl0和SIENA等车型也都不同程度地使用了总线技术，这些技术主要是以CAN总线技术为主，绝大部分应用在动力总线系统中，其核心技术仍掌握在国外的厂商手中，而在绝大部分国产中低档汽车(包括卡车和货车)上，由于技术上的因素和成本上的因素和成本上的限制，仍采用传统的传输系统。

我国总线技术处于试验和起步阶段，绝大部分的汽车还没有采用汽车总线设计。

但CAN总线技术已经开始引起国内一些汽车研发部门的关注，比如上海同济同捷科技股份有限公司，已经开始了对汽车车身电子信息网络控制系统研制并取得一定的成果。

他们应用CAN总线系统来控制管理整车车身电器，现阶段已经实现汽车照明、灯光信号、雨刷电机、喇叭、电动车窗、中控锁等的管理与控制，同时具有实时检测故障及语音报警功能，兼有遥控、防盗和集控锁功能，形成了车身电器信息通信交互式网络控制系统。

该网络控制系统将在中国汽车电子自主开发的舞台上扮演重要角色，这是国内汽车电子技术同国外竞争的最好平台，并且以此为起点，拓展其他汽车电子技术领域，提高中国汽车电子技术及整车的国际竞争力。

2．CAN总线技术在汽车中的应用实例
CAN总线主要应用于汽车街上业。

世界上一些著名汽车制造厂商如奔驰、宝马等都已开始采用CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。

目前国产的很多汽车上也引入了CAN总线技术，如大众途安、帕萨特等车型一般将CAN总线分为低速CAN和高速CAN。

低速CAN的总线速度为10Kbps-125Kbps，主要运用在车身控制模块领域；高速为250Kbps-1Mbps，应用在发动机、变速箱、ABS等实时性要求强的控制模块。

但各种车型都会视具体情况采用适合于自身的总线结构。

下面是几种比较典型的CAN总线应用方案。

CAN总线应用方案一
方案一是一个完整的分布式汽车电子控制系统，它采用多子网结构，将信息交换比较密切的系统放在一个子网中，使整个系统具有很高的实时性，不同子网之间根据不同的应用特点，采用不同的物理层接口以及通信速率，优化了系统结构。

方案一简化了各个CAN子网的设计难度，但是整车的网络系统设计以及总线通信协议比较复杂，硬件上对网关的要求比较高，需要有强大的数据处理能力，而且系统成本比较高，适合于中高档轿车采用。

CAN总线应用方案二
方案二中整车的CAN总线网络分为高速网络和低速网络两部分，高速网采用双线式高速CAN总线(1Mbps)，低速网采用双线式CAN总线(125gbps)IS011519。

仪表显示模块作为网关完成两部分数据之间的传输。

CAN 总线应用方案二如图2所示。

整个系统分为高速和低速两部分。

动力传动总线和安全总线合并成高速总线，这样做降低了通信的实时性，但是考虑到传动系总线中一般是周期性的数据，而安全总线中一般是突发性的数据，只要选择合适的帧优先级就可以弥补这个缺点。

舒适总线和信息总线合并为低速总线，这两部分中对数据的实时性要求不高，125Kbps的速率完全可以满足需求。

方案二系统成本不高，且性能也没有太大的损失，性价比又不错，适合于中低档轿车采用。

Can总线应用方案三
由于使用CAN总线会使系统成本增加，在一些不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，使用LIN总线可大大节省成本，所以LIN总线得到了越来越广泛的应用。

LIN(Local Interconnect Network)总线是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。

LIN总线的目标是为现有汽车网络(例如CAN总线)提供辅助功能。

LIN的标准化将简化多种现存的多点解决方案，且将降低在汽车电子领域中的开发、生产、服务和后勤成本。

典型的LIN总线应用是汽车中的联合装配单元，如门、座椅、空调、照明
灯等。

对于成本比较敏感的单元，LIN可以使机械元件可以很容易的连接到汽车网络中并得到十分方便的维护和服务。

下面的方案中包括15个CAN节点和31个LIN节点，充分体现了CAN以及LIN各自的特点。

CAN总线应用方案三如图3所示。

方案3是一个很完整的方案，但是实际应用过程中，考虑到系统的性价比以及安装等方面的因素，可采用如下图所示的简化方案，图中CAN总线虚线表示这部分在不影响性能的前提下，可以用LIN总线替代，可以降低系统成本。

3．Can总线技术在其它方面的应用实例
某大型射电天线的任务是跟踪太空中天体。

该天线控制系统需要对天线的方位、俯仰和4个馈源的旋转、拉伸实时调整，以克服大型天线重力和环境温度带来的变形，确保天线的指向和聚焦精度。

由于该天线口径大，控制节点多(有些节点不能确定)，而且各节点间距离远。

另外该天线担任繁重的科研任务，且常年无人值守，要求系统可靠性高、故障判断及时准确和系统的冗余性强。

为了满足这些要求，反复论证了各种通信总线方式，选用了以屏蔽双绞线为通信介质的cAN总线局域网作为现场各控制节点的通信形式。

充分发挥其灵活、可靠和实时性强等特点，为整个控制系统理想地运行构架一个良好的数据通信平
台。

4．总结
由以上所列举的Can总线的各种应用实例，再结合Can总线结合起来，我们可以看到，Can总线是一种非常有发展力的总线，它不仅有旺盛的生命力，而且还具有非常良好的发展前途，总而言之，它是一种非常有发展前途的总线系统，我们应该对这种总线的发展给予强有力的关注，时刻关心它的发展状况，关心在Can总线领域出现的新的成绩与突破，并把这些成果应用到我们自己的科研创新之中来，如此这般，我们必会取得长足的进步，收获到丰硕的果实。