CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡。比如：發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。

一個由CAN總線構成的單一網(wǎng)絡中，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點。實際應用中，節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡硬件的電氣特性所限制。CAN可提供高達1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實時控制變得非常容易。另外，硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力。

CAN總線技術詳解，CAN總線在各個領域的應用一覽

CAN總線技術原理

CAN總線使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協(xié)議支持多主控制器。CAN與I2C總線的許多細節(jié)很類似，但也有一些明顯的區(qū)別。

當CAN總線上的一個節(jié)點(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時，它以報文形式廣播給網(wǎng)絡中所有節(jié)點。對每個節(jié)點來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對其進行接收。

每組報文開頭的11位字符為標識符，定義了報文的優(yōu)先級，這種報文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標識符是唯一的，不可能有兩個站發(fā)送具有相同標識符的報文。當幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。

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當一個站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時，該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準備狀態(tài);當它收到總線分配時，轉為發(fā)送報文狀態(tài)。

CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出，這時網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個處于接收狀態(tài)的站對接收到的報文進行檢測，判斷這些報文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。

由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準的控制系統(tǒng)并靈活地進行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進一些新站而無需在硬件或軟件上進行修改。

當所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設備時，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控制器需要測量數(shù)據(jù)時，可由網(wǎng)上獲得，而無須每個控制器都有自己獨立的傳感器。

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CAN支持四類信息幀類型

1、數(shù)據(jù)幀

CAN協(xié)議有兩種數(shù)據(jù)幀類型標準2.0A和標準2.0B。兩者本質的不同在于ID的長度不同。在2.0A類型中，ID的長度為l l位;在2.0B類型中ID為29位。一個信息震中包括7個主要的域：幀起始域——標志數(shù)據(jù)幀的開始，由一個顯性位組成。

仲裁域——內(nèi)容由標示符和遠程傳輸請求位(RTR)組成，RTR用以表明此信息幀是數(shù)據(jù)幀還是不包含任何數(shù)據(jù)的遠地請求幀。當2.0A的數(shù)據(jù)幀和2.0B的數(shù)據(jù)幀必須在同一條總線上傳輸時，首先判斷其優(yōu)先權，如果ID相同，則非擴展數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先權高于擴展數(shù)據(jù)幀。

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控制域——r0、r1是保留位，作為擴展位，DLC表示一幀中數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)目。數(shù)據(jù)域——包含0～8字節(jié)的數(shù)據(jù)。

校驗域——檢驗位錯用的循環(huán)冗余校驗域，共15位。應答域——包括應答位和應答分隔符。正確接收到有效報文的接收站在應答期間將總線值為顯性電平。幀結束——由七位隱性電平組成。

2、遠程幀

遠程幀接受數(shù)據(jù)的節(jié)點可通過發(fā)遠程幀請求源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。它由6個域組成：幀起始、仲裁域、控制域、校驗域、應答域、幀結束。

3、錯誤指示幀

錯誤指示幀由錯誤標志和錯誤分界兩個域組成。接收節(jié)點發(fā)現(xiàn)總線上的報文有誤時，將自動發(fā)出“活動錯誤標志”其他節(jié)點檢測到活動錯誤標志后發(fā)送“錯誤認可標志”。

4、超載幀

超載幀由超載標志和超載分隔符組成。超載幀只能在一個幀結束后開始。當接收方接收下一幀之前，需要過多的時間處理當前的數(shù)據(jù)，或在幀問空隙域檢測到顯性電平時，則導致發(fā)送超載幀。

隨著我國綜合國力的提高，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟也得到了迅速發(fā)展，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)已經(jīng)在逐漸實現(xiàn)機械化。近年來，電子信息技術的發(fā)展推動了農(nóng)業(yè)機械技術的智能化發(fā)展，這也意味著機械設備上的控制單元正在不斷增加，而將CAN總線技術應用于農(nóng)業(yè)機械，可以極大程度便利控制單元的集成組裝和維護。

ISOBUS 11783標準

技術平臺和農(nóng)業(yè)機械之間缺乏兼容性是一個長期困擾智慧農(nóng)業(yè)從業(yè)者的問題，這也是提升生產(chǎn)效率面對的巨大難題。雖然技術的專有解決方案很多，但是組件之間無法交互，導致農(nóng)業(yè)機械實現(xiàn)各項功能變得困難重重。為了解決這個問題，國際標準化組織(ISO)制定了通信協(xié)議ISOBUS標準(ISO11783)，將其作為機具、拖拉機和計算機之間電子通信的通用協(xié)議。

ISOBUS標準(ISO11783)應用于農(nóng)用機械領域，如拖拉機、聯(lián)合收割機、播種機、灌溉設備等。ISOBUS基于標準的CAN總線技術，并以CAN高層協(xié)議SAE J1939協(xié)議為基礎，將不同設備之間的通信協(xié)議統(tǒng)一到一個標準接口上，從而實現(xiàn)了不同設備之間的互相通信。兼容ISOBUS的機具可以直接連接到農(nóng)業(yè)機械的控制網(wǎng)絡，因此可以由駕駛室內(nèi)的單個控制終端控制。它能夠幫助集成多個機載系統(tǒng)，如GPS和精準農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)。

CAN總線在農(nóng)業(yè)機械中的應用

精準農(nóng)業(yè)

精準農(nóng)業(yè)又稱為精確農(nóng)業(yè)或精細農(nóng)作，是近年出現(xiàn)的專門用于大田作物種植的綜合集成的高科技農(nóng)業(yè)應用系統(tǒng)。精準農(nóng)業(yè)是以信息技術為支撐，根據(jù)空間變異，定位、定時、定量地實施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作與管理的系統(tǒng)，是信息技術與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全面結合的一種新型農(nóng)業(yè)。CAN總線技術的應用能夠實現(xiàn)農(nóng)具各項數(shù)據(jù)的收集、傳輸、整合、分析，例如車速、作業(yè)面積、經(jīng)度、緯度、發(fā)動機數(shù)據(jù)等，從而便捷農(nóng)業(yè)項目的后續(xù)研究以及改進。

農(nóng)業(yè)維修與保養(yǎng)

農(nóng)機農(nóng)具在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或收割時節(jié)使用頻率較高，而且進行作業(yè)的環(huán)境惡劣，其他時候使用很少，零部件可能會出現(xiàn)磨損或功能下降影響正常使用，所以定時進行農(nóng)業(yè)機械的維修與保養(yǎng)至關重要。CAN總線使用戶能夠監(jiān)測、捕獲農(nóng)業(yè)機械各個部件的運行狀態(tài)和故障信息，從而及時發(fā)現(xiàn)問題并進行維修，提高處理效率及安全性。

滿足當前和未來的農(nóng)業(yè)機械需求

1983年，CAN總線協(xié)議由德國Bosch公司設計推出。1985年，Kvaser就開始專注于CAN技術的研發(fā)，深耕行業(yè)領域40年，至今已經(jīng)累計推出100多款CAN產(chǎn)品，憑借可靠、便捷且耐久的品質，Kvaser產(chǎn)品深受全球工程師的喜愛。先進可靠的CAN硬件能夠幫助技術人員優(yōu)化應用技術，助力農(nóng)業(yè)機械現(xiàn)代化發(fā)展。

光纖CAN總線通信技術在以下領域有廣泛的應用：

(1)汽車行業(yè)：光纖CAN總線通信技術被廣泛應用于汽車領域，用于車輛內(nèi)部各個子系統(tǒng)之間的高速數(shù)據(jù)通信。它可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更長的通信距離，提高車輛的性能和安全性。

(2)工業(yè)自動化：光纖CAN總線通信技術在工業(yè)自動化領域中得到廣泛應用。它可以用于連接各種工業(yè)設備和傳感器，實現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)通信，支持實時控制和監(jiān)測。

(3)航空航天：航空航天領域對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蠓浅８撸虼斯饫wCAN總線通信技術在航空航天系統(tǒng)中得到廣泛應用。它可以在飛行器內(nèi)部和外部傳輸大量的數(shù)據(jù)，支持飛行控制、導航、通信和監(jiān)測等任務。

(4)鐵路交通：光纖CAN總線通信技術在鐵路交通系統(tǒng)中用于車輛間的通信和信號傳輸。它可以提供高帶寬、抗干擾和可靠性能，支持列車控制、信號系統(tǒng)和安全監(jiān)測等應用。

(5)船舶和海洋工程：在船舶和海洋工程領域，光纖CAN總線通信技術可以用于船舶內(nèi)部各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，如船舶控制、導航、通信和監(jiān)測系統(tǒng)。