CAN總線系統的案例
如何實現電源和信號隔離以確保 CAN 總線可靠運行
在與控制器區域網絡 (CAN) 通信總線互連的汽車和工業系統中，使用的控制器數量正在不斷增加。對于設計人員來說，這意味著他們必須考慮寬頻率范圍內的電噪聲環境——從高頻輻射電磁干擾 (EMI) 到共模傳導干擾，以及電機、繼電器等各種負載的連接和斷開及交流發電機/發電機的啟停引起的電壓尖峰。雖然 CAN 總線適用于惡劣的電氣環境，但如果沒有適當的保護，它們很容易出現各種故障模式。
本文說明了 CAN 故障的潛在原因，并介紹了常見的隔離技術。然后文中介紹了來自 Texas Instruments、RECOM Power、NXP Semiconductors 和 Analog Devices 等供應商的解決方案（設計人員可使用這些解決方案保護 CAN 設備），以及如何有效實施這些解決方案（包括使用評估板）的指導。所提供的解決方案包括分立實施方案（即基于單個 CAN 收發器）以及基于單芯片和雙芯片隔離 CAN 總線設計的集成解決方案。
故障的原因和隔離的必要性
CAN 總線故障可能由多種原因引起：子系統之間的接地電勢差；共模能量和輻射能量等一般噪聲源；以及配電總線上的高壓噪聲和尖峰。為確保汽車和工業系統中 CAN 總線互連器件的穩健運行，需要兩種隔離類型：
與電源總線隔離
連接各子系統的通信總線的隔離
與集成解決方案相比，電源和信號路徑單獨隔離的解決方案通常成本更低，效率更高。這些解決方案還使設計人員能夠獨立優化兩條路徑的隔離電平。設計人員可自由選擇最適合具體應用的隔離技術類型。選擇包括磁隔離、光隔離和電容隔離。
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初識CAN總線系統
初識CAN總線系統
初識CAN總線系統
基于CAN 總線的汽車空調控制系統開發
摘 要:本文首先對汽車空調控制系統的網絡化進行了研究,參照SAE J1939 協議制定了系統的整套通信協議,并
結合CAN 總線技術要求,設計出了基于CAN 控制器SJA1000 和CAN 收發器PCA82C250 的分布式的汽車空調
控制系統。
1 引 言
隨著汽車工業的高速發展,傳統的手動機械式空調難以滿足乘坐舒適性的需求和提升整車技術含量的要求。本文首先對汽車空調控制系統的網絡化進行研究,結合CAN 總線技術,采用CAN 控制器SJA1000 和收發器PCA82C250 設計了汽車空調系統的各節點,并參照汽車領域中廣泛應用的SAEJ 1939 協議制定了系統通訊協議,在此基礎上完成了基于CAN 總線的汽車空調控制系統的構建。
2 系統總體設計
2.1 汽車空調控制系統網絡化
傳統的汽車空調控制方法是直接控制:簡單功能通過控制開關直接實現,復雜功能由控制器完成。實現汽車空調控制系統的網絡化,就是從根本上改變控制對象和被控信號間的直接控制關系。模塊之間通過總線網絡建立連接并交互數據。在總線網絡
系統中,負責控制信號采集的模塊把采集到的控制信號發送到網絡上;負責執行控制功能的模塊則偵聽總線消息并接收與本模塊相關的數據,最后完成對相關器件的控制功能[1 ] 。
2.1 空調控制系統網絡
圖1 是汽車空調的混合式配氣系統的風道結構，圖[2 ] ,其工作過程如下:車外新鮮空氣+ 車內循環空氣→進入鼓風機→空氣進入蒸發器冷卻→由風門調節部分空氣進入加熱器加熱→進入各風口。
圖1 空調系統結構圖
根據系統結構圖抽象出基于CAN 總線的分布式網絡模型,在此基礎上添加主控節點、顯示節點和溫度采集節點。圖2 為抽象出來的分布式總線網絡模型。
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什么是CAN-BUS？
上圖中顏色相同的控制單元間采用一種特定速率的總線系統，這種根據各自需求來使用不同CAN總線的方式可以較好的優化資源，降低整車的成本。除此之外，還有一種子總線系統，其主要連接電器開關與控制單元，或者傳感器與控制單元之間。比如電動車窗的按鍵與相應控制單元間則采用的是子總線系統。這種子總線系統主要是傳遞系統內相對數據量較少的數據，當然它的數據傳輸速率更低，而且采用的是單線制。
總線系統又稱作CAN-BUS，其實也是因為它的工作原理與運行中的公共汽車很類似。其中每個站點相當于一個控制單元，而行駛路線則是CAN總線，CAN總線上傳遞的是數據，而公共汽車上承載的是乘客。某個控制單元接收到負責向它發送數據的傳感器的信息后，經過分析處理會采取相應措施，并將此信息發送到總線系統上。這樣此信息會在總線系統上進行傳遞，每個與總線系統連接的控制單元都會接收到此信息，如果此信息對自己有用則會存儲下來，如果對其無用，則會進行忽略。
整個原理很類似于一個電話會議進行的方式，一個電話用戶（控制單元）將數據“講”入網絡中，其他用戶通過網絡“接聽”這個數據，對這個數據感興趣的用戶則會利用，其他用戶則會選擇忽略。
前面講到不同的總線系統會有不同的傳輸速率，這就給不同總線系統間的通訊造成了一定的麻煩。它就相當于聯合國開大會，每個成員國都講自己的本國語言，如果要想互相聽懂，就必須有位能精通所有語言的翻譯來進行信息的傳遞。車載網絡系統中很重要的一個控制單元就是“網關”，它同時連接多種不同的CAN數據總線，并在傳遞數據時起翻譯作用。
在這里可以給大家舉一個例子，比如從屬于驅動總線系統的室外溫度傳感器將檢測到的溫度信號發送給儀表盤控制單元，然后儀表板控制單元會將此信號發送到驅動總線系統上，該信號會被發動機控制單元采集到，同時會經過網關的“翻譯”繼續傳遞到車身總線系統上。
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智遠程轉向控制
在本節中，我們將介紹 APE 單元如何與 EPAS（電動助力轉向）單元一起實現轉向系統控制。此外，由于我們已經獲得了 APE 的 root 訪問權限，我們將演示如何遠程影響 EPAS 單元以控制特斯拉汽車在不同駕駛模式下的轉向系統。
APE是特斯拉高級駕駛輔助系統的核心單元。它負責汽車在輔助駕駛和自動泊車模式下的轉向系統控制和電子速度控制。據我們所知，這些先進的輔助駕駛功能是基于高級視覺和汽車總線（以太網、CAN、LIN、FlexRay）系統。
CAN總線系統
圖6 APE的CAN總線系統
通過對APE中與CAN總線相關的一些服務(canrx、cantx等)進行逆向工程，初步了解了APE CAN總線系統的網絡結構。如圖6所示，APE集成了兩個CAN-Bus接口(CAN0和CAN1)，通過CAN1與雷達互連。為了冗余機制或其他安全考慮，CAN0和LB一起連接到私有CAN總線。
此外，由于域隔離，APE與LB單元共享一個邏輯CAN(稱為APE2LB_CAN)總線，用于與PT(動力總成)和CH(底盤)CAN總線通信。
對于特斯拉汽車，轉向系統可由底盤 CAN 總線上的 EPAS 單元控制。雖然有了APE的系統的完全接入，但顯然我們需要打破APE的CAN總線系統的一些安全機制障礙，比如冗余CAN總線、CAN消息計數器和域隔離。
我們主要關注 cantx 服務，它接收來自視覺系統的中間信號，然后將信號轉換為車輛控制命令。這些命令將被封裝到特殊的 CAN 消息（APE2LB_CAN）中，并通過 LB 單元轉發到 PT/CH CAN 總線。
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簡介
CAN總線由德國BOSCH公司開發，最高速率可達到1Mbps。CAN的容錯能力特別強，CAN控制器內建了強大的檢錯和處理機制。另外不同于傳統的網絡（比如USB或者以太網），CAN節點與節點之間不會傳輸大數據塊，一幀CAN消息最多傳輸8字節用戶數據，采用短數據包也可以使得系統獲得更好的穩定性。CAN總線具有總線仲裁機制，可以組建多主系統。
2. CAN標準
CAN是一個由國際化標準組織定義的串行通訊總線。最初是用于汽車工業，使用兩根信號總線代替汽車內復雜的走線。CAN總線具有高抗干擾性、自診斷和數據偵錯功能，這些特性使得CAN總線在各種工業場合廣泛使用，包括樓宇自動化、醫療和制造業。
CAN通訊協議ISO-11898：2003標準介紹網絡上的設備間信息是如何傳遞的，以及符合開放系統互聯參考模型（OSI）的哪些分層項。實際通訊是在連接設備的物理介質中進行，物理介質的特性由模型中的物理層定義。ISO11898體系結構定義七層，OSI模型中的最低兩層作為數據鏈路層和物理層，見圖2-1。
圖2-1：ISO 11898標準架構分層
在圖2-1中，應用程序層建立了上層應用特定協議，如CANopenTM協議的通訊鏈路。這個協議由全世界的用戶和廠商組織、CiA維護，詳情可訪問CiA網站：can-cia.de。許多協議是專用的，比如工業自動化、柴油發動機或航空。
展開 高手寫的CAN總線入門總結
目前的CAN收發器都可以容忍一定的共模電壓，ISO 11898標準規定，CAN收發器必須能容忍-2V~7V的共模電壓。對于長達數千米的CAN通訊系統來說，標準規定的共模電壓容忍能力遠遠達不到實際要求，因此電流隔離對于遠距離數據傳輸系統來說仍是必須的。
20. 總線短路保護和熱關斷保護
總線短路保護是指總線與電源或地短路后，CAN收發器不會損壞，短路故障解除后，CAN收發器能繼續工作。這個特性可以在總線極性反接、電纜絕緣層失效、意外短路到高壓源時對收發器提供保護。
熱關斷電路用于幫助CAN收發器防御因短路產生破壞性電流和高溫。一旦激活熱關斷電路，設備會進入關斷模式。當設備冷卻到正常操作溫度時，設備自動恢復運行。
本公司使用的PCA82C251收發器具有短路保護和熱關斷保護。短路保護允許總線與24V電源短接。
21. 電流隔離
遠距離數據傳輸可能會有較大的地電勢差、地環流等問題，會在CAN總線上形成高共模電壓。如果共模電壓超出CAN收發器容忍的最大限度，數據鏈路就會不正常。
解決這些問題的一個方法是使用電流隔離：隔離變壓器為系統提供電源，光耦或數字隔離器件提供數據隔離。電流隔離可以去除地環流，抑制噪聲電壓。采用電流隔離的電路如圖21-1所示，本公司CAN接口電路也采用了電流隔離處理。
圖21-1：遠距離通訊電流隔離電路示意圖
22. CAN接口電路與RS485接口電路
CAN總線和RS485總線都是采用差分信號傳輸數據，它們在總線拓撲、終端匹配、信號衰減、隔離與接地、波特率與通訊距離關系等方面都是相似的。但是CAN有自己的一些特性，在接口設計中，不能照抄RS485接口電路。
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共模電壓范圍
共模電壓是指總線上的發送節點地和接收節點地之間的電勢差。過高的共模電壓會對系統造成影響，可能造成間歇重啟、死鎖、誤碼率增高甚至損害設備。在遠距離通訊系統中，共模干擾的問題會更加突出，因為隨著通訊線距離的增加，地環路會拾取更多的噪聲，使得共模電壓增大。
目前的CAN收發器都可以容忍一定的共模電壓，ISO 11898標準規定，CAN收發器必須能容忍-2V~7V的共模電壓。對于長達數千米的CAN通訊系統來說，標準規定的共模電壓容忍能力遠遠達不到實際要求，因此電流隔離對于遠距離數據傳輸系統來說仍是必須的。
20. 總線短路保護和熱關斷保護
總線短路保護是指總線與電源或地短路后，CAN收發器不會損壞，短路故障解除后，CAN收發器能繼續工作。這個特性可以在總線極性反接、電纜絕緣層失效、意外短路到高壓源時對收發器提供保護。
熱關斷電路用于幫助CAN收發器防御因短路產生破壞性電流和高溫。一旦激活熱關斷電路，設備會進入關斷模式。當設備冷卻到正常操作溫度時，設備自動恢復運行。
本公司使用的PCA82C251收發器具有短路保護和熱關斷保護。短路保護允許總線與24V電源短接。
21. 電流隔離
遠距離數據傳輸可能會有較大的地電勢差、地環流等問題，會在CAN總線上形成高共模電壓。如果共模電壓超出CAN收發器容忍的最大限度，數據鏈路就會不正常。
解決這些問題的一個方法是使用電流隔離：隔離變壓器為系統提供電源，光耦或數字隔離器件提供數據隔離。電流隔離可以去除地環流，抑制噪聲電壓。采用電流隔離的電路如圖21-1所示，本公司CAN接口電路也采用了電流隔離處理。
圖21-1：遠距離通訊電流隔離電路示意圖
22.
展開 談談CAN總線對線束設計的要求及內在機理
散漫說，我們線束工程師在日常工作中經常與CAN打交道。較為常見的問題是CAN線中的線束長度該如何規劃，雙絞線，SP點該如何定義等。分享某大神為公司寫的CAN的入門文章，讀完必有收獲，以下為正文。
CAN協議是串行協議，能夠有效地支持具有高安全等級的分布實時系統。CAN多年來作為車身控制的主干網已經形成了從IC設計到軟件開發和測試驗證的完整產業鏈。
1. 簡介
CAN總線由德國BOSCH公司開發，最高速率可達到1Mbps。CAN的容錯能力特別強，CAN控制器內建了強大的檢錯和處理機制。另外不同于傳統的網絡（比如USB或者以太網），CAN節點與節點之間不會傳輸大數據塊，一幀CAN消息最多傳輸8字節用戶數據，采用短數據包也可以使得系統獲得更好的穩定性。CAN總線具有總線仲裁機制，可以組建多主系統。
2. CAN標準
CAN是一個由國際化標準組織定義的串行通訊總線。最初是用于汽車工業，使用兩根信號總線代替汽車內復雜的走線。CAN總線具有高抗干擾性、自診斷和數據偵錯功能，這些特性使得CAN總線在各種工業場合廣泛使用，包括樓宇自動化、醫療和制造業。
CAN通訊協議ISO-11898：2003標準介紹網絡上的設備間信息是如何傳遞的，以及符合開放系統互聯參考模型（OSI）的哪些分層項。實際通訊是在連接設備的物理介質中進行，物理介質的特性由模型中的物理層定義。ISO11898體系結構定義七層，OSI模型中的最低兩層作為數據鏈路層和物理層，見圖2-1。
圖2-1：ISO 11898標準架構分層
在圖2-1中，應用程序層建立了上層應用特定協議，如CANopenTM協議的通訊鏈路。這個協議由全世界的用戶和廠商組織、CiA維護，詳情可訪問CiA網站：can-cia.de。許多協議是專用的，比如工業自動化、柴油發動機或航空。
展開 一文搞懂CAN總線的AUTOSAR網絡管理
以上就是CAN總線AUTOSAR網絡管理的內容分享。
CAN總線的終端電阻為什么常用120Ω？
CAN總線終端電阻，一般來說都是120歐姆，實際上在設計的時候，也是兩個60歐姆的電阻串起來，而總線上一般有兩個120Ω的節點，基本上稍微知道點CAN總線的人都知道這個道理。
但是作為學渣的我，知道這個是在各種標準以及各種數據手冊和應用筆記里面常用的電阻值，但是這兩個終端電阻的具體作用是什么呢？之前就知道阻抗匹配，但是究竟匹配的是什么呢？
然后我在網上找了一些資料，半寫半整理的總結了下面的這些知識點。知道終端電阻的作用，對于日常工作中波形不穩定等問題，也能更快的找到問題的原因。
終端電阻的作用
CAN總線終端電阻的作用有3個：
1、提高抗干擾能力，讓高頻低能量的信號迅速走掉
2、確保總線快速進入隱性狀態，讓寄生電容的能量更快走掉；
3、提高信號質量，放置在總線的兩端，讓反射能量降低。
一、提高抗干擾能力
CAN總線有“顯性”和“隱性”兩種狀態，“顯性”代表“0”，“隱性”代表“1”，由CAN收發器決定。下圖是一個CAN收發器的典型內部結構圖，CANH、CANL連接總線。
總線顯性時，收發器內部Q1、Q2導通，CANH、CANL之間產生壓差；隱性時，Q1、Q2截止，CANH、CANL處于無源狀態，壓差為0。
總線若無負載，隱性時差分電阻阻值很大，內部的MOS管屬于高阻態，外部的干擾只需要極小的能量即可令總線進入顯性（一般的收發器顯性門限最小電壓僅500mV）。這個時候如果有差模干擾過來，總線上就會有明顯的波動，而這些波動沒有地方能夠吸收掉他們，就會在總線上創造一個顯性位出來。所以為提升總線隱性時的抗干擾能力，可以增加一個差分負載電阻，且阻值盡可能小，以杜絕大部分噪聲能量的影響。
展開 Kvaser—靈活多變的CAN總線接口方案
今天我們脫離開具體的應用場景，回到基礎的CAN總線上面來，無論我們從事的是智能駕駛相關的工作還是空調系統的開發，還是在實驗室內進行的各種功能模塊開發，CAN總線是在行業內不可避免的通信模式。
為什么要講講CAN總線？
自從上世紀80年代提出CAN總線以來，CAN總線歷經了將近40年的發展，已經進入了工業領域的方方面面。在開發應用基于CAN總線的產品時，不可避免的要用到CAN總線與計算機的接口。
回想一下，從學校的實驗室到現在的企業公司，作為汽車行業的一員，我們是多么頻繁的接觸CAN總線，很多時候我們的應用場景僅僅是要在CAN總線上收發數據，畢竟，專業做CAN總線的網絡設計和測試，只是一小部分相關的工作。而又有多少次，你發現你的電腦上面遍布的各種接口，并沒有一個叫做CAN接口。
情況好的時候，你會發現周圍的同事剛好有合適的設備，而且他剛好沒有在用。情況不好的時候，你會發現他也和你一樣在四下里尋找。
于是作為工程師的你，向老板申請要買一個設備，只有這樣你才能工作；而作為老板的你，卻發現要為每一位工程師花費成本才能實現他需要的功能。但是，為什么不能讓工程師和老板開心呢？
所以，今天我們就在這里給大家介紹在CAN接口領域的解決方案-Kvaser。
Why Kvaser
看到今天我們只會介紹CAN接口卡相關的產品，很多在用其他的接口工具的工程師們應該會問，為什么要用kvaser呢？我們現在在用這個產品、那個產品感覺挺好的呀。
是的，簡單從功能上講Kvaser的產品主要實現的是總線和計算機的接口。
展開 CAN總線的終端電阻一定要120Ω嗎？
CAN總線終端電阻，一般來說都是120歐姆，實際上在設計的時候，也是兩個60歐姆的電阻串起來，而總線上一般有兩個120Ω的節點，基本上稍微知道點CAN總線的人都知道這個道理。
但是作為學渣的筆者，知道這個是在各種標準以及各種數據手冊和應用筆記里面常用的電阻值，但是這兩個終端電阻的具體作用是什么呢？之前就知道阻抗匹配，但是究竟匹配的是什么呢？
然后筆者就上知乎遨游了一下，半抄半寫地總結了下面的這些知識點。知道終端電阻的作用，對于日常工作中波形不穩定等問題，也能更快地找到問題的原因。
終端電阻的作用
CAN總線終端電阻的作用有3個：
提高抗干擾能力，讓高頻低能量的信號迅速走掉
確保總線快速進入隱性狀態，讓寄生電容的能量更快走掉；
提高信號質量，放置在總線的兩端，讓反射能量降低。
01
提高抗干擾能力
CAN總線有“顯性”和“隱性”兩種狀態，“顯性”代表“0”，“隱性”代表“1”，由CAN收發器決定。下圖是一個CAN收發器的典型內部結構圖，CANH、CANL連接總線。
展開 新能源汽車講解丨CAN總線介紹
【免責聲明】文章為作者個人觀點
