社会应用中CAN总线采样点对现场总线技术影响的200例研究
社会应用中的CAN总线采样点对现场总线技术影响的200例研究
1 引言
在当今自动化领域，Controller Area Network（CAN）作为ISO国际标准化的串行通信协议，因其高性能和可靠性而广泛应用于工业自动化、船舶、医疗设备等多个领域。现场总线技术是当前自动化领域发展的热点之一，被誉为计算机局域网。在实现分布式控制系统时，它提供了强大的数据通信支持。CAN总线协议实现了物理层到应用层，成为现场总线中重要的一部分。
2 CAN总线采样点的规则和原理
CAN协议将位时间分为同步段、传播段、相位缓冲段1 和相位缓冲段2，每个段由称之为Time Quantum（Tq）的最小时间单位构成。通过设置点位时序，可以设定一个采样点，使得可以同时锁存多个单元上的电平，这些锁存电平作为位值。采样点位于相位缓冲段1 的结束处，如图所示。
3 CAN总线采样点对传输距离影响分析
在实际设计中，通过调整时间段1 和时间段2 的值，可以改变对总线传播延时的补偿时间。当波特率 > 800Kbps 时，建议采用75% 的采样点；当波特率 > 500Kbps 时，建议采用80%；当波特率 <= 500Kbps 时，建议采用87.5%。
4 CAN网络延时理论分析
发送节点在发完CRC场之后会发出一位应答隙，在这一位的时间内接收节点应该输出显式位作为回应。如果发送节点在应答隙内没有检测到有效的显式位，则判定为通讯错误，因此限制信号传播延时上限的是确保发送节点能在应答隙内接收到有效回复信号。在满足整个信号传播延时小于750 ns 的条件下，即隔离器件、驱动器及连接介质引入的小数秒级别延迟不会导致通讯失效。
5 实践案例分析
以节点A向节点B进行通信为例，从报文发出开始至接收ACK后整个过程需要考虑各环节因素：t1 为输入端口到输出端口之间经过处理产生数据流转换所需耗费时间；t2 是从TXD输入数字流转换成模拟信号并监控模拟信号转换数字流RXD输出所需耗费时间；t3 是从RXD读取数字流再次转换成模拟信号准备进入下一个环节所需耗费时间；t4 是隔离与驱动器间信息交互过程所需耗费最大可能有150ns; t5 是从RXD读取数字流再次转换成模拟信号准备进入下一个环节所需耗费最大可能有150ns; t6 在两端保持一定稳定的状态不计入; t7是最后一次TXD输入前后的循环操作完成所用大约150ns左右。
要提高通讯距离，最关键的是减少每个步骤中的过渡消逗，以达到最佳效果。这意味着选择合适长度且速率匹配型阻抗匹配网络连接来降低反射损失，同时保证所有必要组件都能够运行在预期范围内以避免故障或错误响应。
综上，我们可以看到尽管存在一些挑战，但通过合理设计和优化方案，我们仍然能够成功地提升物联网设备之间数据交互效率，为更广泛、高效利用资源做出贡献。而对于未来的工作来说，将继续探索如何进一步优化现有的技术，以满足日益增长需求，并推动行业创新发展。此外，还需要深入研究如何改进硬件结构以减少开销并增强安全性，以便更好地适用于未来面临的一系列挑战。
