《電子技術應用》
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CAN-bus應用方案

2008-04-25
作者:工控在線
??? 概述  

  作為一種技術先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網絡通訊控制方式,CAN-bus" title="CAN-bus">CAN-bus已被廣泛應用到各個自動化控制系統中。例如,在汽車電子、自動控制、智能大廈、電力系統、安防監控等各領域,CAN-bus都具有不可比擬的優越性。  

  根據各個不同應用領域的設計特點,本文提出了幾種CAN-bus應用系統的硬件方案。  

  基本CAN-bus節點  

  應用范圍  

  各種自動控制網絡,比如樓宇自動化、儀表自動控制、數據遠程傳輸、電機控制等

  可實現遠距離傳輸(≤ 10KM),工作速率可調(1Mbps≥ 通訊速率≥ 5Kbps)

  升級原有的RS-485網絡

  2線式通訊  

  基本電路

  

  電路特點   

  可與應用廣泛的C51系列單片機直接接口,電路簡單,使用方便;

  采用DC-DC" title="DC-DC">DC-DC模塊與光電隔離器件,可抑制電磁干擾,保護系統電路不受網絡影響;

  2線式通訊,各總線節點需自備電源供應;

  根據通訊速率調整斜率電阻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收發器" title="收發器">收發器采用PHILIPS的P82C250/251,可以在低至5Kbps的傳輸速率下工作,滿足遠距離傳輸數據時的低速率要求。  

  采用高速光耦" title="光耦">光耦來實現收發器與控制器之間的電氣隔離,保護控制系統電路。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。  

  為了保證系統能夠可靠工作,并提高抗干擾能力,電路中采用隔離型DC/DC" title="DC/DC">DC/DC模塊向收發器電路供電。推薦采用定電壓輸入隔離非穩壓單輸出型DC/DC模塊,隔離電壓≥1000VDC,推薦型號:金升陽的B0505S-1W或B0505LS-1W,可以向收發器電路提供≤200mA的電流;也可以選擇IB0505LS-W75,可向收發器電路提供穩定、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30MHz,具有3個定時/計數器,雙DPTR,足以滿足CAN-bus在最高速率1Mbps下的應用。  

  向網絡供電的DeviceNet節點   

  應用范圍  

  DeviceNet中的供電節點;

  采用5線通訊;

  高速數據通訊;

  可以向網絡中的其他節點供電。  

  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/分支線結構;

  最多可支持64個節點;

  同時支持網絡供電(傳感器)和自供電(執行器)設備;

  可選數據通訊速率(125Kbps、250Kbps、500Kbps);

  可調整的電源結構,大電流容量,以滿足各分類應用的需要;

  (請參考DeviceNet協議)。  

  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實現簡單功能電路,可以采用集成CAN控制器的PHILIPS P87C591微處理器芯片。  

  CAN收發器選用PHILIPS的高速CAN收發器TJA1040或TJA1050,具有速率高、低功耗、電磁性能優越等特點,自檢錯能力強,還可工作于睡眠模式。  

  采用高速光耦來實現收發器與控制器之間的電氣隔離,保護系統電路。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。  

  根據應用系統消耗電流的大小、DeviceNet網絡電源標準來選擇電源模塊電路。第1組+5V電源,如消耗電流≤50mA時,可采用線性穩壓器,比如LM7805等;如電路消耗電流≥50mA時,采用開關電源作為電源供應部件,比如LM2575、MC34063等。第2組+5V電源,可采用DC-DC模塊實現。系統電源與網絡電源之間還應該考慮采取合理的電氣隔離措施。根據以上因素,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協議要求的前提下自行選擇DC-DC電源。為了確保該系統的安全,建議在DC/DC模塊

  及系統的輸入和輸出端接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,內含64K FLASH、8K RAM,可工作于6 Clock模式,晶振頻率可達30MHz,足以滿足在DeviceNet最高波特率500Kbps下大量的數據傳輸、數據采集、DeviceNet協議解析等復雜功能的應用要求。  

  由網絡供電的DeviceNet節點   

  應用范圍  

  DeviceNet中由網絡供電的節點;

  5線通訊;

  高速數據通訊;

  無需獨立輸入電源;

  可用作為通用CAN-bus節點;

  適合于傳感器設備、微型執行器設備。   

  基本電路

  

  

  元件選型

  

  CAN控制器采用PHILIPS的SJA1000芯片。如果針對小型應用系統的設計要求,可以采用集成CAN控制器的PHILIPS P87C591微處理器芯片。   

  CAN收發器選用PHILIPS的高速CAN收發器TJA1040或TJA1050,具有速率高、低功耗、電磁性能優越等特點,自檢錯能力強,可工作于睡眠模式。

  采用高速光耦來實現收發器與控制器之間的電氣隔離,保護系統電路。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。  

  采用DC-DC模塊向應用系統供應電源,可有效抑制干擾,提高可靠性。由于網絡電源存在電壓波動大(電壓波動>30%)、干擾信號多等缺點,因此,應該選擇寬電壓輸入隔離(隔離電壓≥1000VDC)穩壓單輸出型DC/DC模塊給系統供電。推薦型號:金升陽的PH2405S-01(Vin:9~27VDC,Vout:5VDC,Iout :100~200mA);或者,根據具體應用系統內核所需功率不同,也可選用PH2405D-03(Vin:9~27VDC,Vout:5VDC,Iout :≤500mA)。為確保該系統的安全,建議在DC/DC模塊及系統的前端接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,內含32K EPROM,可工作于6 Clock模式,晶振頻率可達30MHz,滿足DeviceNet的通訊任務編程要求。

  

  推薦開發工具  

  仿真器: 采用HOOKS技術的TKS系列仿真器;

  調試工具 DP-51單片機仿真實驗儀、DP-668綜合仿真實驗儀等;

  調試環境: Keil C51、TKStudio集成開發環境;

  實時多任務操作系統: 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。

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