新型電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)中CAN總線的設(shè)計(jì)

　控制器局部網(wǎng)（Control Area Network，CAN）是德國(guó)Bosch公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用開發(fā)的一種多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)，CAN總線最初為解決汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用，被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。
　　CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1Mbps.CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義211或229個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，可以非常靈活地控制節(jié)點(diǎn)的通信對(duì)象和通信來源，比如使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接受到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測(cè)試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過長(zhǎng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN具有下列主要特性：
　　CAN可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活；
　　CAN可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播方式傳送接收數(shù)據(jù)；
　　CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息可分成不同的優(yōu)先級(jí)，可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求；
　　CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，大大地節(jié)約了總線仲裁沖突時(shí)間，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓；
　　CAN的直接通信距離最大可達(dá)10km（速率小于5kbps），最高通信速率可達(dá)1Mbps（此時(shí)距離最長(zhǎng)為40m）。
　　正因?yàn)镃AN總線有著如此卓越的特性，它現(xiàn)已成為汽車車體通信的標(biāo)準(zhǔn)。
　　5.2 CAN總線通信的基本原理
　　5.2.1 CAN總線的位數(shù)值表示
　　CAN總線用“顯性”（Dominant）和“隱性”（Recessive）兩個(gè)互補(bǔ)的邏輯值表示“0”和“1”。當(dāng)在總線上出現(xiàn)同時(shí)發(fā)送顯性和隱性位時(shí)，其結(jié)果是總線數(shù)值為顯性（即“0”和“1”的結(jié)果為“0”）。如圖5.1所示，VCAN-H和VCAN-L為CAN總線收發(fā)器與總線之間的兩接口引腳，信號(hào)是以兩線之間的“差分”電壓形式出現(xiàn)。
　　隱性：VCAN_H和VCAN_L均被固定為平均電壓電平2.5V，VDIFF近似為0.在總線空閑或“隱性”位期間，發(fā)送“隱性”狀態(tài)。
　　顯性：VCAN_H和VCAN_L為大于閾值的差分電壓。VCAN_H大約為3.5V，而VCAN_L大約為2.5V.在報(bào)文沖突的時(shí)候，顯性位的優(yōu)先級(jí)高于隱性位，也就是邏輯“0”優(yōu)先于邏輯“1”，這是CAN總線沖突處理機(jī)制的基礎(chǔ)。