试析基于CAN总线的通信系统的设计与实现

近年来，随着科学技术的快速发展，在工业领域中，基于CAN总线的通信系统凭借自身的优势有着愈发广泛的应用，其重要性不容忽视。在此，本文将结合实例针对此系统设计与实现进行简要探讨。

【关键词】CAN总线 通信系统 数据传输

1 简述CAN总线的相关内容

1.1 概述

就目前的情况来看，CAN总线作为全球现存四十多种现场总线的一种，它是在1986年由德国博世公司所提出来的，作用在于针对汽车执行部件跟内部测量部件之间实现联络的通信协议，而后，在ISO国际组织完成认证之后，CAN总线正式发展成为标准串行通信协议。此现场总线的优势在于拥有较高可靠性且功能甚为完善、可完成实时性操作、相应成本较为合理节约、技术应用水平十分先进，因此，在多个行业领域自动化控制系统运行中皆可见CAN总线身影，譬如说电子系统以及电力系统、自动控制、安全监控等。

1.2 特征

具体来说，CAN总线可谓为一种多主网络，是指在CAN总线上的所有节点均能够将信息发送给其他节点，所使用的通信方式十分灵活，无需进行主从顺序划分。当前，总线节点数量已经达到110个，包含有两千多标准格式报文标识符，而扩展格式报文标识符数量几乎不受限制。总线节点进行不同优先级的合理设置，可确保优先级较高的节点信息可实现优先发送。CAN现场总线拥有非破坏性，主要指的是在相同时间之内存在两个或者是两个以上的节点可以将数据传送给总线，在此需要注意的是必须确保最高级节点数据实现优先发送，当最先完成输出的一级节点将数据传送完毕之后，剩余节点可向总线继续重新进行数据传输，进而使得总线冲突问题得以合理规避。此总线数据传输接收模式呈现出多样化状态。既可以为一点与一点，又可为一点及多点等方式。短帧格式为总线传输信息的主要手段，因此所需传输时间相对较短，不易遭受干扰问题，同时针对各帧信息均配备CRC校验或者是其他类型检错措施，实现数据传输出错率的大大降低。CAN总线直接通讯距离可达10km（速率5kbps以下），通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）。CAN节点拥有将跟总线之间联系进行关闭的功能，旨在保障总线不会由于节点错误问题使得其他节点正常通信受到直接消极影响，所以说CAN总线抗干扰能力相对较强。可选用同轴电缆以及双绞线、光导作为CAN总线主要的通信介质，优势在于可实现介质材料的灵活运用。纵观CAN结构可知，其主要选取的为OSI模型中的数据链路层以及应用层、物理层，目的在于针对通信数据更为便捷地完成成帧处理。

2 结合某铁路车站实例设计应用CAN总线通信系统

实例设计是将某铁路信号公司自主开发的基于硬件表决全电子计算机联锁系统作为开发背景，旨在使得联锁机跟全电子执行机相互之间可充分实现信号的双向传输。为完成车站及室内位置良好信息通信，需将上位监控机以及维修机、联锁机以及全电子执行单元等多部分内容设置于实例中车站通信系统之中。

2.1 上位监控机

分析可知，上位监控机通常选用的是功能多样化且性能稳定可靠的工业控制计算机设备，其作用在于发送操作命令，同时将所接收的信息进行实时显示。

2.2 维修机

维修机设备的应用目的为针对上位监控机跟联锁机相互之间的通信行为展开有效监控，实现运行状态数据的合理获取，同时将其记录下来，完成界面显示实时刷新，实时详细地记录来自联锁机的处理信息以及上位控制机发出的操作命令、系统实际通信状况等，旨在为日后产生故障问题进行优化处理时提供确切参考。

2.3 联锁机

联锁机设备同样也是选用性能相对较为可靠稳定的工业控制计算机设施，联锁机能够跟CAN通信接口共同构成联锁主机单元，作用为处理联锁逻辑运算和相关信息，要求执行单元积极执行形成的各类输出信息，基于以太网模式充分实现其跟上位监控机相互之间的即时通信行为，为将联锁机跟CAN总线进行物理连接则可选用CAN通信接口，在CAN总线位置处挂靠联锁机，使得信息得以完成良好交互。

2.4 全电子执行单元

轨道执行单元以及道岔执行单元、信号机执行单元等多项内容为全电子执行单位的主要组成部分，各个执行单元应用目的是采集铁路CAN总线通信系统中信号机以及转辙机、轨道电路、其他类型现场设备的运行控制状况信息，运用两个相对独立的CAN总线能够使执行单元连接着联锁主机，进而针对原有RS485总线实现有效替代。结合规定协议内容联锁主机可以向各个执行单元进行联锁命令发送，与此同时，各个执行单元针对来自于两条总线的命令实施对比，若结果相同可基于此命令对现场设备实施控制，此外，基于CAN总线需将现场设备执行状态情况信息向联锁主机传送，进而实现联锁机跟执行单元相互之间顺畅的双向通信。

由于联锁主机跟执行单元间所使用的两条独立CAN总线可完成分布式实时控制，使得传输控制信息得以优化丰富，通信可靠稳定，信息传输效率大幅增强，车站通信系统安全系数增加，奠定良好的车站设备安全基础。

3 结语

综上可知，实例中基于CAN总线铁路数据采集通信系统的设计应用，所得成效较为显著。近年来，CAN总线拥有强抗干扰性以及功耗低且可实现便捷使用等多重优势，进而，在工业控制领域中获得广泛普及使用，占据着十分重要的应用地位。

参考文献

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[4]苗曙光，李淮江，李峥，汪徐德，黄凯.基于CAN总线和SPCE061A的煤矿语音通信系统的设计[J].电声技术，2014（07）.

作者简介

刘斌斌（1986-），男，河南省郑州市人。硕士研究生学历。现供职于郑州大学信息工程学院，现从事矿山自动化设计工作。

张杰（1981-），男，河南省郑州市人。硕士研究生学历。现供职于南京北路自动化系统有限责任公司，现从事矿山自动化设计工作。

作者单位

1.郑州大学信息工程学院 河南省郑州市 450000

2.南京北路自动化系统有限责任公司 江苏省南京市 211106