摘要：本文主要先简单介绍了CAN总线的工作原理和特征，接着论述了CAN总线的通信设计要点，最后概述了CAN总线技术在通信设计中的实际应用。
关键词：CAN；总线；通信；设计
CAN总线作为当前使用最普遍的一种总线，因为我采用的是串行通讯方式，通信效果好，具有很好的抗电磁干扰作用，且能准确的检测错误。CAN总线在配置上无需繁琐设置，只需一条双绞线就能实现通讯，运用过程也相当灵活，在减少和增加节点的时候比较便捷。CAN总线已经成为了国际上广为使用的一大标准。
1 CAN总线的简介
最开始CAN总线只是运用在汽车通信当中，后来因为其众多优越性，它运用的范围越来越广，运用价值也越来越大。
CAN总线是英文Controller Area Network的缩写，又叫做控制器
局域网,它可以实现实时操控和分
布式控制，属于一种串行网络。因为其具有很多优越的特性，日益受到业界的青睐，总结起来，主要有下述特征：
第一，CAN总线能够实现多个节点的连接，各个节点均可结合总线的访问优先权对线上的数据进行收发处理，通过通讯报文里的报文标识符来区分数据。
第二，CAN总线各个节点的通信数据都能实时呈现，可以在短时间里形成冗余结构，系统具有很高的可靠性。
第三，CAN总线可以快速的传输数据，如果两个传输点之间不大于10Km，CAN总线可以以5Kbps的速率来传输数据。
第四，如果CAN总线在发送数据的过程中出现错误，或者传输时丢失了一些数据，被破坏的帧或不全、缺失的帧还能自动再次发松；并且当总线节点发生很大的故障时系统能自动停止输出，确保总线不受到影响，这也很好的体现了CAN总线的可靠性。
第五，在不关闭CAN总线时，就能进行任意部分挂接和节点拆除，系统具有很好的灵活性。
2 CAN总线的通信设计
2.1通信软件设计
（1）CAN总线通信协议
CAN总线通信协议的编码对象是通信数据块，而不再是由站地址。数据块的标识码构成往往是29位二进制数或11位二进制数，所以，这种情况下的数据块默认是211个或219个。其中8字节作为最多的数据段长度，不会占用总线太久的时间，这样一来，信息就能及时的传输。CAN协议的CRC校验功能和纠错功能较强，能够有效确保通信可靠性。随着更多行业CAN技术的应用，必须结合各个行业的性质来制定通信报文的标准。
（2）CAN数据帧结构
数据帧是发送器跟接收器实现信息传输的基础，是一种CAN帧格式。数据帧主要由七个部分组成，主要包括下述几个部分。
①帧结束。主要包括七个标志序列，这些序列都为隐性位。
②ACK场。主要包括应答界定符与应答间隙。
③CRC场。主要包含了1位CRC界定符和15位CRC，前者的作用是帧校验，主要是由1位隐性位组成。
④数据场。主要构成为发送的数据信息，控制场中央的数据长度码一般为0-8个字节。
⑤控制场。主要包括4位数据长度码与2位保留位，其变化长度必须少于8个字节。
⑥仲裁场。由RTR位和11位标识符共同组成，其中当显性位RTR位的时候代表数据帧，为隐性位RTR位的时候表示数据帧，按照从高到低的顺序依次发送标识符，而且前7位按照规定不能全部设置为隐性位，标识符在总线访问和报文传送过程中具有一定的优先权，优先权与数值大小成反比，即数值越大，优先权越小，数值越小，优先权越大。
⑦帧起始。表示数据帧的开始，是由显性位组成，其中显性位的个数为单数，节点开始发送的基础和前提是总线处于空闲状态，这样能够保证节点与总线的同步进行。
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2.2实现通信
要真正实现通信，还要经过节点初始化、数据发送与接收两个环节。
（1）节点初始化
节点初始化的过程中，首先需要设置好其中的复位请求位，只有将其设置为“高”时，才能够初始化设置CAN控制器，然后再设置其他的CAN寄存器。滤波设置的验收工作是由验收屏蔽寄存器和验收码寄存器共同完成的，当系统设置好这两个寄存器之后，就能够优先设置其他节点，并同步判断接收数据的正确性。如果接收缓存器中存在空置现象的话，并满足以下两个条件的话，才能够完成报文信息的完整接收。
（2）数据的发送与接收
根据技术规范要求，CAN控制器SJA1000能够独立完成数据发送和接收。在发送程序中，需要保证数据能够准确的发送至缓存器当中，并将命令寄存器的发送请求位置位。在数据接收的时候，数据通过CAN控制器和总线，能够传至接收缓存器当中，如果其中的数据有效，在本地储存器中就会将数据储存下来，并将接收缓存器释放，进而处理接收到的数据。
3 CAN总线技术在通信设计中的实际应用
电子计算机联锁系统可以实现电子执行机与联锁机之间数据信息的双向传输。为了保证数据传输的安全性与稳定性，应当把联锁机、维修机、上位监控机以及全电子执行单元等融合在通信系统中，要使这些元件都能发挥出应有的性能，就需要采取CAN总线技术。
3.1 联锁机
为了保证信息双向传输的有效性，应当将设备与CAN总线的通信接口连接起立，形成联锁主机单元，从而能够实现传输数据与联锁逻辑运算的处理。同时对全电子执行单元下达数据输出的指令，在以太网基础上保证该设备与上位监控机之间的数据实现双向传输。
3.2 维修机
这一设备的作用是实现联锁机与上位监控机设备之间的数据传输行监控，在获得相关的运行状态数据之后将之完整记录，从而及时刷新界面显示的内容。这样就能在系统出现故障时提供充足、客观、可靠的信息，以提高故障排除的效率。
3.3上位监控机
这一设备的主要功能是对其他下位设备进行指令的发送，并及时在界面显示中将获取的信息刷新出来，从而对系统中的数据传输过程与内容加以掌握。为了保证系统的性能，在设备的选择上应当采取功能齐全、具有稳定性的工业控制计算机设备。
3.4全电子执行单元
在全电子执行单元中，主要包括了道岔执行单元、信号机执行单元以及轨道执行单元等，不同的全电子执行单元其性能也不尽相同，但是其都具备一个共同的目的，就是将整个系统中的轨道电路、转辙机、信号机与不同类型现场设备的运行信息搜集起来，通过两条相对独立的总线使之与联锁机相连。并依据规定的协议内容由联锁机向不同的全电子执行单元发送命令。而相应的，执行单元也会对比由不同总线传输而来的信息数据，一旦对比结果是一致的，那么就会依照此执行命令对不同类型的现场设备加以控制。除此之外，通过控制器局域网络还能够把现场设备的控制状况数据反馈到联锁机上，达到数据双向传输的目的。
在这一系统中，应用了两根相对独立的总线对各个指令进行及时、有效的控制，使得全电子执行单位与联锁机之间能够实现数据的双向传输，信息传递效率较高。确保了整个通信系统免受外界干扰，提高了通信的安全性与稳定性。
总之，CAN总线技术现已广泛运用于很多医疗、智能建筑、汽车制造等行业当中，可以实现短时间传输、处理与分析数据，具有很好的抗干扰性以及可靠性。
参考文献
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论文作者:梁星华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/4
标签：总线论文; 数据论文; 联锁论文; 通信论文; 节点论文; 单元论文; 设备论文; 《基层建设》2017年第34期论文;