CAN-bus應(yīng)用方案

　　概述　　
　　 作為一種技術(shù)先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，CAN-bus已被廣泛應(yīng)用到各個自動化控制系統(tǒng)中。例如，在汽車電子、自動控制、智能大廈、電力系統(tǒng)、安防監(jiān)控等各領(lǐng)域，CAN-bus都具有不可比擬的優(yōu)越性。　　
　　 根據(jù)各個不同應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計特點，本文提出了幾種CAN-bus應(yīng)用系統(tǒng)的硬件方案。　　
　　基本CAN-bus節(jié)點　　
　　應(yīng)用范圍　
　　 各種自動控制網(wǎng)絡(luò)，比如樓宇自動化、儀表自動控制、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸、電機控制等
　　 可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸（≤ 10KM），工作速率可調(diào)（1Mbps≥ 通訊速率≥ 5Kbps）
　　 升級原有的RS-485網(wǎng)絡(luò)
　　 2線式通訊　　
　　基本電路
　　
　　　

　　
　　電路特點 　　
　　 可與應(yīng)用廣泛的C51系列單片機直接接口，電路簡單，使用方便；
　　 采用DC-DC模塊與光電隔離器件，可抑制電磁干擾，保護系統(tǒng)電路不受網(wǎng)絡(luò)影響；
　　 2線式通訊，各總線節(jié)點需自備電源供應(yīng)；
　　 根據(jù)通訊速率調(diào)整斜率電阻R33的值，一般在16K～140K之間。 　　
　　元件選型 　　
　　 CAN控制器采用PHILIPS的SJA1000，工作于BasicCAN模式或PeliCAN模式下，可直接與INTEL的C51核MCU或Motorola的MCU接口。　
　　 CAN收發(fā)器采用PHILIPS的P82C250/251，可以在低至5Kbps的傳輸速率下工作，滿足遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)時的低速率要求。　　
　　 采用高速光耦來實現(xiàn)收發(fā)器與控制器之間的電氣隔離，保護控制系統(tǒng)電路。光耦選擇高速器件，推薦型號：6N137或TLP113，以滿足在最高速率1Mbps下的電氣響應(yīng)。　　
　　 為了保證系統(tǒng)能夠可靠工作，并提高抗干擾能力，電路中采用隔離型DC/DC模塊向收發(fā)器電路供電。推薦采用定電壓輸入隔離非穩(wěn)壓單輸出型DC/DC模塊，隔離電壓≥1000VDC，推薦型號：金升陽的B0505S-1W或B0505LS-1W，可以向收發(fā)器電路提供≤200mA的電流；也可以選擇IB0505LS-W75，可向收發(fā)器電路提供穩(wěn)定、低噪聲的5VDC，輸出電流≤150mA，并帶有輸出短路保護，且引腳與B0505LS-1W完全兼容。　　
　　 微處理器可以選用PHILIPS的P87C51x2，6 Clock下的最高時鐘頻率可達(dá)30MHz，具有3個定時/計數(shù)器，雙DPTR，足以滿足CAN-bus在最高速率1Mbps下的應(yīng)用。　　
　　向網(wǎng)絡(luò)供電的DeviceNet節(jié)點 　　
　　應(yīng)用范圍　　
　　 DeviceNet中的供電節(jié)點；
　　 采用5線通訊；
　　 高速數(shù)據(jù)通訊；
　　 可以向網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點供電。　
　　基本電路
　　
　　

　　
　　
　　DeviceNet特點　
　　 5線式通訊（信號線CAN_H、CAN_L；屏蔽線DRAIN、電源線CAN_V+、CAN_V-）；
　　 主干線/分支線結(jié)構(gòu)；
　　 最多可支持64個節(jié)點；
　　 同時支持網(wǎng)絡(luò)供電（傳感器）和自供電（執(zhí)行器）設(shè)備；
　　 可選數(shù)據(jù)通訊速率（125Kbps、250Kbps、500Kbps）；
　　 可調(diào)整的電源結(jié)構(gòu)，大電流容量，以滿足各分類應(yīng)用的需要；
　　 （請參考DeviceNet協(xié)議）。　　
　　元件選型　　
　　 CAN控制器采用PHILIPS的獨立CAN控制器SJA1000芯片。如果僅作為小型傳感器或?qū)崿F(xiàn)簡單功能電路，可以采用集成CAN控制器的PHILIPS　P87C591微處理器芯片。
　　 CAN收發(fā)器選用PHILIPS的高速CAN收發(fā)器TJA1040或TJA1050，具有速率高、低功耗、電磁性能優(yōu)越等特點，自檢錯能力強，還可工作于睡眠模式。　　
　　 采用高速光耦來實現(xiàn)收發(fā)器與控制器之間的電氣隔離，保護系統(tǒng)電路。光耦選擇高速器件，推薦型號：6N137或TLP113，以滿足在最高速率500Kbps下的電氣響應(yīng)。　
　　 根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)消耗電流的大小、DeviceNet網(wǎng)絡(luò)電源標(biāo)準(zhǔn)來選擇電源模塊電路。第1組＋5V電源，如消耗電流≤50mA時，可采用線性穩(wěn)壓器，比如LM7805等；如電路消耗電流≥50mA時，采用開關(guān)電源作為電源供應(yīng)部件，比如LM2575、MC34063等。第2組＋5V電源，可采用DC-DC模塊實現(xiàn)。系統(tǒng)電源與網(wǎng)絡(luò)電源之間還應(yīng)該考慮采取合理的電氣隔離措施。根據(jù)以上因素，整個電源模塊電路可選用一體式的DC-DC模塊，例如：寬壓輸入定壓輸出隔離模塊WRD242405等。用戶也可在輸出電流滿足DeviceNet協(xié)議要求的前提下自行選擇DC-DC電源。為了確保該系統(tǒng)的安全，建議在DC/DC模塊
　　及系統(tǒng)的輸入和輸出端接TVS、共模扼流圈、極性保護，以防止雷擊、浪涌、極性反接，起良好的保護效果。　　
　　 微處理器可以選用PHILIPS的P89C668芯片，內(nèi)含64K FLASH、8K RAM，可工作于6 Clock模式，晶振頻率可達(dá)30MHz，足以滿足在DeviceNet最高波特率500Kbps下大量的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)采集、DeviceNet協(xié)議解析等復(fù)雜功能的應(yīng)用要求。　　
　　由網(wǎng)絡(luò)供電的DeviceNet節(jié)點 　　
　　應(yīng)用范圍　
　　 DeviceNet中由網(wǎng)絡(luò)供電的節(jié)點；
　　 5線通訊；
　　 高速數(shù)據(jù)通訊；
　　 無需獨立輸入電源；
　　 可用作為通用CAN-bus節(jié)點；
　　 適合于傳感器設(shè)備、微型執(zhí)行器設(shè)備。 　　
　　基本電路
　　
　　
　　

　　
　　
　　元件選型　　
　　 CAN控制器采用PHILIPS的SJA1000芯片。如果針對小型應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計要求，可以采用集成CAN控制器的PHILIPS　P87C591微處理器芯片。 　　
　　 CAN收發(fā)器選用PHILIPS的高速CAN收發(fā)器TJA1040或TJA1050，具有速率高、低功耗、電磁性能優(yōu)越等特點，自檢錯能力強，可工作于睡眠模式。
　　 采用高速光耦來實現(xiàn)收發(fā)器與控制器之間的電氣隔離，保護系統(tǒng)電路。光耦選擇高速器件，推薦型號：6N137或TLP113，以滿足在最高速率500Kbps下的電氣響應(yīng)。　
　　 采用DC-DC模塊向應(yīng)用系統(tǒng)供應(yīng)電源，可有效抑制干擾，提高可靠性。由于網(wǎng)絡(luò)電源存在電壓波動大（電壓波動＞±30%）、干擾信號多等缺點，因此，應(yīng)該選擇寬電壓輸入隔離（隔離電壓≥1000VDC）穩(wěn)壓單輸出型DC/DC模塊給系統(tǒng)供電。推薦型號：金升陽的PH2405S-01（Vin：9～27VDC，Vout：5VDC，Iout ：100～200mA）；或者，根據(jù)具體應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)核所需功率不同，也可選用PH2405D-03（Vin：9～27VDC，Vout：5VDC，Iout ：≤500mA）。為確保該系統(tǒng)的安全，建議在DC/DC模塊及系統(tǒng)的前端接TVS、共模扼流圈、極性保護，以防止雷擊、浪涌、極性反接，起良好的保護效果。　　
　　 微處理器可以選用PHILIPS的P87C58x2芯片，內(nèi)含32K EPROM，可工作于6 Clock模式，晶振頻率可達(dá)30MHz，滿足DeviceNet的通訊任務(wù)編程要求。　　
　　推薦開發(fā)工具　　
　　 仿真器： 采用HOOKS技術(shù)的TKS系列仿真器；
　　 調(diào)試工具 DP-51單片機仿真實驗儀、DP-668綜合仿真實驗儀等；
　　 調(diào)試環(huán)境： Keil C51、TKStudio集成開發(fā)環(huán)境；
　　 實時多任務(wù)操作系統(tǒng)： Keil RTX51、uCOSII；
　　 CAN分析工具： USBCAN接口卡、PCICAN接口卡、CAN232接口卡；
　　 分析軟件： DeviceNet分析軟件、CANOpen分析軟件、CAN分析軟件。