現(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，是目前計算機技術和信息技術結合的最先進成果，它繼承了DCS和其它自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)點和先進經(jīng)驗，創(chuàng)造了更加完備、更加開放、更加集約的控制系統(tǒng)，是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，CAN總線為分布式控制系統(tǒng)中各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)提供了強有力的支持?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)勢必會逐步引領現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)控制的發(fā)展方向，最終會得到各個行業(yè)的廣泛應用。

控制器局域網(wǎng)絡CAN（Control Area Network）總線是能夠有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網(wǎng)絡，具有結構簡單、通信靈活、實時性高、可靠性高、較強的抗干擾性以及良好的錯誤檢測能力，近年來備受關注，被廣泛應用于環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境以及工業(yè)自動化、交通工具、醫(yī)療領域等各行各業(yè)的工業(yè)現(xiàn)場。CAN總線以其優(yōu)越的性能，必定會得到更多的重視，成為最流行的現(xiàn)場總線之一，在更多領域得到更大的應用，為工業(yè)生產(chǎn)以及人們的生活提供更多的便利。

1 CAN總線

為滿足用戶對安全性、舒適性、方便性等的要求，越來越多的電子控制系統(tǒng)在當前的汽車產(chǎn)業(yè)中被開發(fā)出來，并得到了廣泛的應用。各系統(tǒng)所使用數(shù)據(jù)類型的不同以及對可靠性的要求不同，給系統(tǒng)間的通信帶來了很大的困難。1986年德國電氣商Bosch（博世）公司為解決汽車眾多控制設備與儀器儀表之間的數(shù)據(jù)交換提出了一種串行通信協(xié)議即CAN（Control Area Network）總線。CAN總線采用雙絞線、同軸電纜或光纖作為傳輸介質，通訊速率為1 Mb/s，當信號傳輸距離達到10km時，CAN仍可提供高達50kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。CAN總線具有低成本、高速度、高抗電磁干擾性、優(yōu)越的檢錯、糾錯能力等優(yōu)點。由于CAN總線卓越的性能，在20世紀90年代的歐洲得到了廣泛的重視，并成為研究的熱點。

CAN協(xié)議的最初版本為1.0版，1990年升級到1.2版，1991年又推出2.0版。CAN 2.0規(guī)范分為CAN 2.0A和CAN 2.0B。CAN 2.0A支持標準的11位標識符。CAN 2.0B同時支持標準的11位標識符和擴展的29位標識符，CAN 2.0規(guī)范的目的是為了在任何兩個基于CAN-bus的儀器之間建立兼容性。CAN協(xié)議規(guī)定的網(wǎng)絡系統(tǒng)結構包括：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層，與OSI模型中七層結構的三層相對應。1993年，CAN已成為國際標準IS011898（高速應用，通信速率小于等干1Mbps）和IS011519（低速應用，通信速率小于等于125 Kbps），現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡的標準協(xié)議。

2 CAN總線的特性

2.1低網(wǎng)絡成本，高網(wǎng)絡傳輸率

CAN總線在傳輸介質上無特殊要求，可以使用雙絞線、同軸電纜或光纖。CAN總線的最高通信速率可達1Mb/s，直接通信距離最遠可達10km（速率小于5Kb/s）。當信號傳輸距離達到10km時，CAN仍可提供高達50kb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

2.2網(wǎng)絡通信方式靈活

CAN總線采用雙線串行通信方式，網(wǎng)絡中只有兩根導線，新節(jié)點可直接掛在總線上，系統(tǒng)擴展靈活，易實現(xiàn)。CAN總線工作方式可分為主從、無主或多主站方式。節(jié)點間通信靈活，報文信息不包含源地址或目標地址等節(jié)點信息，只用標志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息等。各節(jié)點間可直接通信，信息以廣播方式進行發(fā)布，網(wǎng)絡上任一節(jié)點可以向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息，所發(fā)送報文信息可同時供所有節(jié)點接收。

2.3網(wǎng)絡通信可靠性、實時高

CAN總線使用非破壞性的總線仲裁技術解決總線競爭，通過預置消息優(yōu)先級和自動退讓的方式解決總線沖突，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點會主動退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點享有占有總線的優(yōu)先權，可以在134μs內得到傳輸，從而保證了通信的實時性。

CAN總線具有完善的錯誤檢測機制并具有自動重發(fā)功能，從而保證了網(wǎng)絡通信的高可靠性。CAN總線的錯誤檢測機制包括以下幾種方式：對報文進行循環(huán)冗余檢查（CRC校驗），接收站可以通過CRC判斷報文是否出錯，從而保證報文的正確性。為保證報文格式的正確，CAN總線采取幀檢查，通過位場對幀的格式和大小進行檢查。應答錯誤同樣被用于CAN總線的錯誤檢測。由接收站通過明確的應答來確認被接收到的幀，如沒有應答則表明幀有錯誤。在檢測到發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)。同時信息以報文方式傳遞，淡化了節(jié)點地址的概念，節(jié)點的增加或摘除不會對系統(tǒng)運行產(chǎn)生影響。

3 CAN總線的應用及發(fā)展前景

由于CAN總線具有低網(wǎng)絡成本、高網(wǎng)絡安全性、通信實時性和可靠性等特點己廣泛應用于工業(yè)控制、汽車工業(yè)、安全防護等領域。

3.1工業(yè)控制

在工業(yè)控制系統(tǒng)中，為實現(xiàn)系統(tǒng)的實時通信，要求信息能夠在不同的控制設備間得到及時的發(fā)送和接收?，F(xiàn)場總線作為全數(shù)字化、開放、互連、面向現(xiàn)場控制設備低層的工業(yè)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)能夠很好的滿足工業(yè)控制的要求。CAN總線是目前最流行的現(xiàn)場總線之一，CAN總線具有低成本、高總線利用率、高安全性、可靠性、遠距離高速傳輸?shù)葍?yōu)點，能夠很好的滿足環(huán)境復雜、惡劣的工業(yè)環(huán)境的通信要求，隨著CAN總線技術的不斷完善和發(fā)展，必然在工業(yè)控制中得到更加廣泛的應用。

3.2汽車工業(yè)

隨著現(xiàn)代電子技術、信息技術的發(fā)展，汽車上各種電子部件、大量傳感器、電氣控制設備等的數(shù)量越來越多，這些電子設備在汽車上的廣泛應用，在提高了汽車的動力性、舒適性的同時也帶來了諸多問題：多系統(tǒng)的應用使得布線變得復雜而龐大，各系統(tǒng)間需要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的共享，對通信的實時性也提出了更高的要求。CAN總線的出現(xiàn)很好的解決了這些問題，CAN總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線。它具有高通信可靠性、安全性、實時性，低網(wǎng)絡成本、組網(wǎng)靈活、簡單易用等優(yōu)點，可以為汽車控制系統(tǒng)提供強大的技術支持。CAN總線在汽車上的廣泛應用將使汽車的動力性、安全性等各項性能都上升到了新的高度，給汽車技術的發(fā)展注入新的活力。

3.3監(jiān)控及安防系統(tǒng)

在當前的各種監(jiān)控系統(tǒng)中，普遍存在可靠性、實時性不高，分站缺乏統(tǒng)一規(guī)范等缺點，不能夠很好的滿足實時監(jiān)控的要求。CAN總線由于具有高數(shù)據(jù)傳輸率、完善的規(guī)范和協(xié)議、高實時性、安全性、可靠性等，可以很好的克服當前監(jiān)控系統(tǒng)中存在的各種問題。因此CAN總線不僅被用于煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)中，也將在更多的監(jiān)控及安防系統(tǒng)得到更加廣泛的應用。

4 結論

CAN總線是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通訊網(wǎng)絡，雖然CAN總線是為了解決汽車電子控制模塊、傳感器和執(zhí)行器的通信問題而提出的，但由于CAN總線具有成本低、通信安全性、可靠性、實時性高，抗電磁干擾能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作等優(yōu)勢，已被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領域，隨著CAN總線技術的不斷完善，必將得到更大的發(fā)展和更加廣泛的應用。