關鍵詞：CAN-bus 總線 CAN232MB、CAN485MB 智能協議轉換器 VCOM 虛擬串口 1.1 CAN-bus 總線介紹 CAN-bus 是國際上應用最廣泛的現場總線之一，被廣泛應用于歐洲的中高檔汽車中，用作ECU 單元的串行數據傳輸網絡；近幾年來，CAN-bus 開始進入中國各個行業的數據通訊應用，并于2002 年被確定為電力通訊產品領域的國家標準，正被大家逐漸重視。 與RS-485 類似，CAN-bus 網絡使用普通雙絞線作為傳輸介質，采用直線拓樸結構，單條網絡線路至少可連接110 個節點，網絡總長度最大可達10 公里（使用標準CAN 收發器PCA82C250/251 芯片）。在CAN-bus 網絡中，數據收發、硬件檢錯均由CAN 控制器硬件完成，大大增強了CAN-bus 網絡的抗電磁干擾能力，即由硬件來保證CAN-bus 網絡運行的可靠性。據國際CiA 協會統計，2001 年僅在歐洲就銷售了超過1 億個CAN-bus 節點，幾乎淘汰了歐洲所有的RS-485 系統。目前，國內的汽車、電梯行業已是CAN-bus 應用的典型領域，工業控制、智能樓宇、煤礦設備等行業也是日見更多型號的應用CAN-bus 總線設備與產品。 CAN-bus 總線的優點：可靠性高，可以支持硬件節點的即插即用；故障節點可自動關閉，不影響其他網絡節點；采用芯片硬件ID 方式管理網絡，故障節點界定十分方便，網絡維護成本比較低。 CAN-bus 總線的適用范圍：可適用于節點數目很多，傳輸距離在10 公里以內，安全性要求高的場合；也可適用于對實時性、安全性要求十分嚴格的機械控制網絡。CAN-bus 總線不適合于有大量數據需要傳輸（比如視頻/音頻信號）的場合。 1.2 現場的應用需求 一般情況下，海關的車場需要組建2 個信息與控制網絡，分別對應車場的進口車道、車場的出口車道進行設備管理。其中，每個進口車道管理6～9 個設備，每個出口車道管理4～8個設備。 舉例說明，進口車道主要由以下一些設備組成： 􀁺 ●地磅：檢測車輛的載重信息，具有RS-485 通訊接口。地磅屬于主動發送數據設備，大約每170 毫秒向服務器發送17 字節的數據，屬于小數據量設備。 􀁺 ●起落桿：控制車輛是否放行，具有RS-485 通訊接口。起落桿屬于被動發送數據設備，服務器每隔1 秒發送一個控制命令。屬于小數據量設備。 􀁺 ●電子關鎖：海關專用設備，具有RS-232 通訊接口。電子關鎖屬于被動發送設備，服務器每隔100 毫秒向電子關鎖發送控制命令，總共兩個命令類型：施封和解封。屬于小數據量設備。 􀁺 ●電子車牌：檢測通關車輛的身份信息與司機身份信息，具有RS-232 通訊接口。電子車牌屬于被動發送設備。一般通過調用設備廠商提供的動態庫接口向電子車牌設備發送讀取數據命令，周期為100 毫秒，每次通訊數據約在300～2000 字節，數據流量比較大，屬于大數據量設備。 􀁺 ●海關通關儀：海關專用設備，集成顯示、語音、鍵盤接口，具有2～3 個RS-232 通訊接口。 􀁺 ●條碼閱讀器：讀取條碼信息，具有RS-232 通訊接口。 􀁺 ●IC 卡讀卡器：讀取IC 卡信息，具有RS-232 通訊接口。 傳統的海關車場設備網一般采用“以太網EtherNet+多串口服務器”方案，采用2 級網絡方式。其網絡拓樸結構如下圖所示： 傳統的海關車場設備網采用“以太網EtherNet＋RS-232”方式實現設備之間的通訊，是基于“點――點”的通訊模式。由于網絡中所連接設備的數據流量不一致性，容易引起網絡數據阻塞；而且，利用以太網（EtherNet）方式組建網絡的成本比較高，需要對網絡及運行設備增加多級保護措施，以適應長期工作的惡劣環境。 新一代CAN-bus 總線技術的成熟應用，可以在海關車場設備網的建設中減少網絡布線，有效降低設備成本，并能夠提高通訊效率。利用CAN-bus 總線技術建設的海關車場設備網具備更好的實時性、穩定性，以及更強的抗干擾能力，且可以適合非常嚴苛的工作環境。 1.3 CAN-bus 實施方案 下面簡要地介紹采用CAN-bus 總線建立的海關車場設備網方案。 1.3.1 網絡拓撲結構 在基于CAN-bus 總線的海關車場設備網中，每一個車場設備都被分配了一個網絡中唯一的ID 設備號，且都通過CAN232MB 智能協議轉換器或CAN485MB 智能協議轉換器連接至CAN-bus 總線。 考慮連接車場設備的數量、通訊數據流量、通訊距離等因素，服務器PC 上可以安裝1～8塊PCI-9840 四路高速CAN 接口卡。通常情況，一路CAN-bus 通道可以最多連接100 個CAN-bus 節點，每塊PCI-9840 四路高速CAN 接口卡最多可以連接400 個CAN-bus 節點設備；同一臺PC 可以管理32 條CAN-bus 總線，管理3200 個CAN-bus 節點設備，甚至更多個設備。 服務器PC 通過CAN-bus 總線編號、ID 設備號訪問并管理車場設備網中的每一個指定設備。 CAN-bus 采用直線拓樸結構，同一網絡中的所有CAN-bus 節點設備連接在一條普通的通訊雙絞線上；每條CAN-bus 總線的2 個終端各需要安裝1 個120Ω 的終端電阻。 1.3.2 CAN-bus 網絡布線 由于CAN-bus 總線完全由芯片硬件實現通訊數據的校驗與檢錯，具有通常串口通訊（RS-232 方式或RS-485 方式）所無法比擬的可靠性；因此，布線時可以將CAN232MB 智能協議轉換器或CAN485MB 智能協議轉換器就近安裝在車場設備網的每一個用戶設備，或直接連接到用戶設備的RS-232 或RS-485 端口。這一種方式可以有效地減少串行通訊距離，提高串行通訊波特率，并更好地保證設備通訊數據的正確性。 CAN-bus 總線通訊可以采用普通雙絞線或屏蔽雙絞線，一般應用場合都可以保證數據的可靠通訊。例如，使用國標AWG18（截面積為Φ0.75 ㎜ 2）一般可以保證在1KM 距離下實現CAN 可靠通訊；如果CAN 通訊距離超過1KM，則建議選擇通訊電纜線的截面積大于Φ1.5mm2。常規方式中，隨通訊距離的加長，需要適當加大電纜線截面積。 CAN-bus 采用直線拓樸結構，布線簡單方便，且非常容易擴展。 1.3.3 通訊設備的可靠性 CAN232MB 智能協議轉換器和CAN485MB 智能協議轉換器都采用表面安裝工藝，板上自帶光電隔離模塊，實現完全電氣隔離的中央控制電路/CAN 電路，具有很強的電氣抗干擾能力，可防雷擊，大大提高了系統在惡劣環境中使用的可靠性。這2 個型號的協議轉換器都可以工作在工業級的環境溫度（-40℃ ～ +85℃）中，且支持防水、防塵、防雷擊處理工藝；自帶安裝導軌，適合于多種安裝方式。 PCI-9840 四路高速CAN 接口卡是具有高性能價格比的CAN 總線通訊接口卡，該產品采用標準PCI 接口，能讓計算機方便的連接到CAN 總線上，實現CAN2.0B 協議（兼容CAN 2.0A）的連接通訊。PCI-9840 高速CAN 接口卡集成有4 通道邏輯獨立CAN-bus 通訊接口，使得在開發應用中更顯方便和靈活；每一個通道都有光電隔離，保護計算機機避免地環流的損壞，增強系統在惡劣環境中使用的可靠性；接口卡采用WDM 驅動程序，支持Linux、WIN98、WIN2000 和WinXP 操作系統，支持同一PC 安裝多個設備；同時提供多種開發語言接口例程，方便用戶進行二次開發。合理的軟硬件設計使得PCI-9840 接口卡成為穩定、可靠的CAN 接口設備！ [align=center] [/align] 備注：廣州周立功公司提供更多型號的CAN-bus 接口卡/轉換器設備供靈活選擇。 1.3.4 軟件實現與VCOM 虛擬串口 CAN232MB 智能協議轉換器、CAN485MB 智能協議轉換器都可以通過一個設備配置工具軟件，來設置運行時的工作參數，包括串口通訊速率、CAN-bus 通訊速率、網絡ID 設備號等，且支持用戶自行定義的CAN-bus 通訊速率。 在多點通訊場合，CAN-bus 總線提供一個有效的數據驗收/屏蔽功能。在網絡中的任一臺CAN232MB/CAN485MB 智能協議轉換器都可以通過設定一個唯一的網絡ID 設備號，來設定本節點設備所允許接收的報文格式。 目前提供有兩種軟件編程方式，可以方便地實現服務器PC 與CAN232MB/CAN485MB轉換器所連接的網絡設備進行數據通訊。 1． 使用VCOM 虛擬串口 利用VCOM 虛擬串口軟件，可以將一個CAN-bus 網絡的任一個CAN232MB 轉換器或CAN485MB 轉換器當成本地PC 的一個普通串口來進行操作。同一PC 可以最多支持2000個VCOM 虛擬串口。 利用VCOM 虛擬串口方式，車場設備網的每一個功能設備都被映射連接在服務器PC的一個虛擬串口上，對指定編號的串口操作，就相當于直接操作每個用戶設備。這一種方式可以直接使用設備廠商提供的動態庫操作虛擬串口。 2． 使用VCICAN 接口動態庫 通過調用PCI-CAN 接口卡配套的VCICAN 動態庫，可以直接操作PCI-CAN 接口卡來發送/接收CAN 報文幀，從而實現CAN-bus 總線通訊。通過這一方式實現車場設備網的數據通訊，可以達到很高的數據有效性。 同時，PCI-9840 四路高速CAN 接口卡支持在Linux、WIN98、WIN2000 和WinXP 等操作系統，并且配套有ZOPC 服務器軟件，可以在流行的組態軟件（如昆侖通態MCGS、組態王、國外iFix、Intouch 等）或虛擬儀器軟件LabView 中實現設備之間的控制與通訊。 1.3.5 方案優點與實踐測試 CAN-bus 總線能夠較好地適合海關車場設備網的建設。同時，使用CAN-bus 總線方式可以減少車場設備網對人力資源、環境資源的要求，實現遠程實時高效監控。 例如，采用CAN 總線組網通訊時，每一批數據的通訊延遲時間是可以預先估算，并可以有效控制的；例如，在100Kbps 時每幀數據（8 字節）在網絡上的傳輸時間為1.1mS，總線的每個節點都可以在3mS 以內對外發送一幀數據。CAN-bus 總線在同一網絡中可以連接超過100 個設備單元；每個新增的設備都可以通過一個唯一設定的ID 設備號與其他設備通訊數據。CAN-bus 節點設備允許即插即用，不影響網絡的正常運行，無需停機安裝。 而且，CAN 總線采用雙絞線通訊，通訊材料成本很低，維護方便。同時，CAN232MB轉換器或CAN485MB 轉換器可以就近功能設備安裝，以減少RS-232/RS-485 電纜，為數據通訊提供更強的保障。 另外，推薦在設備網中工作的通訊接口設備，如CAN232MB/CAN485MB 轉換器，都有防水、防塵、防雷擊處理工藝，且符合工業環境標準（-40℃ ～ +85℃），抗干擾能力強，保障長期工作環境中的網絡可靠性。 下面是部分設備在實際運行中的數據流量測試情況。 1.4 其它網絡方案之比較 1.4.1 RS-485 總線 RS-485 總線是采用差分傳輸方式的一種串行網絡，也是目前國內應用較多的一種遠距離串行數據方式。RS-485 總線使用普通雙絞線作為傳輸介質，采用直線拓樸結構，單條網絡線路可連接32 個節點（數據來自于MAXIM 公司的MAX485 數據手冊），網絡總長度最大可達1200 米。 優點：對于單個節點，電路成本較低，設計容易，實現方便。 缺點：可靠性差，單個節點的故障有可能導致整個網絡癱瘓；RS-485 器件容易損壞；且不易界定網絡中的故障節點，維護成本相對較高。 適用范圍：節點數目較少，傳輸距離在1 公里左右，安全性要求不高的場合。 [align=center]表格 CAN-bus 總線與 RS-485 總線的特性比較 [/align] 1.4.2 Lonworks 總線 Lonworks 總線由美國Echelon 公司于1993 年推出的一種現場總線，也是國際上主流的現場總線標準之一。Lonworks 總線采用神經元芯片為核心技術設計基本節點，LonTalk 通信協議支持7 層網絡協議，提供一個固化在神經元的網絡操作系統。 相對來說，Lonwork 總線硬件成本相對較高，并不是一個類似CAN-bus 總線的開放協議總線，單節點電路的硬件成本遠遠大于CAN-bus 節點硬件成本。 1.4.3 以太網 基于802.3 規范的“以太網+TCP/IP”已成為互連網技術中應用最普遍的技術，可以實現數據的遠程傳輸。但以太網的本質特點是采用CSMA/CD 的介質訪問控制技術，容易產生“節點”碰撞，無法保證數據的實時性/有效性；而且，實現以太網節點的硬件成本、軟件開發費用也大大高于其他各種方式。 國際上正在研究與CAN-bus 網絡結合的以太網方案（EtherNET/IP，簡稱CIP），稱為工業以太網，構建可以保證實時性能的網絡傳輸方案。與底層的CAN-bus 網絡（設備網）結合，也是未來以太網發展的必然趨勢之一。