CAN取代RS485的5大理由:詳解兩者優(yōu)缺點
近年來CAN總線逐漸被工程師認知,并以其突出特點,逐漸在取代RS485等總線,本文將以CAN與RS485為例總結各自優(yōu)勢,為您解疑“為什么CAN能取代RS485”。
現(xiàn)場總線是90年代初國際上發(fā)展形成的,目前廣泛應用于現(xiàn)場總線技術過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領域的現(xiàn)場智能設備互連通訊網絡。
圖 1 點對點連接方式
采用點對點通訊時,連線多,線路復雜,兩兩連線需要兩兩連線,需要根線
圖 2 總線連接方式
信息在一條公共通道上傳輸,信息接收者從通道上接收所有信息,并根據規(guī)則過濾發(fā)送給自己的信息。連線少,結構清晰,僅需≤n+1根線。
目前工業(yè)現(xiàn)場主流的總線方式包括RS232、RS485、CAN、Devicenet等,那么多總線類型,都有什么特點和應用呢?本文就以Z常用的RS485和熱門的CAN總線進行對比分析,幫助您選擇更加合適的通訊方案。
圖 3 目前主流的現(xiàn)場總線
CAN是控制網絡ControlAreaNetwork的簡稱,Z早由德國BOSCH公司推出,用于汽車內部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據通信。
圖 4 CAN在汽車網絡拓撲結構
CAN總線特點:
國際標準的工業(yè)級現(xiàn)場總線,傳輸可靠,實時性高;
傳輸距離遠(Z遠10Km),傳輸速率快(Z高1MHz bps);
單條總線Z多可接110個節(jié)點,并可方便的擴充節(jié)點數(shù);
多主結構,各節(jié)點的地位平等,方便區(qū)域組網,總線利用率高;
實時性高,非破壞總線仲裁技術,優(yōu)先級高的節(jié)點無延時;
出錯的CAN節(jié)點會自動關閉并切斷和總線的聯(lián)系,不影響總線的通訊;
報文為短幀結構并有硬件CRC校驗,受干擾概率小,數(shù)據出錯率極低;
自動檢測報文發(fā)送成功與否,可硬件自動重發(fā),傳輸可靠性很高;
硬件報文濾波功能,只接收必要信息,減輕cpu負擔,簡化軟件編制;
通訊介質可用普通的雙絞線,同軸電纜或光纖等;
CAN總線系統(tǒng)結構簡單,有極高的性價比。
RS-485是從 RS-422基礎上發(fā)展而來的,可以采用二線與四線兩種不同的方式,二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信。而采用四線連接時,只能實現(xiàn)點對多點的通信。即只能有一個主設備(Master),其余為從設備(Slave)。
RS485接口標準特點:
RS-485的電氣特性:兩線間的電壓差范圍為±(2-6)V表示,接口信號電平降低,不易損壞接口電路的芯片,且該電平與TTL電平兼容,可方便與TTL 電路連接;
RS-485的數(shù)據Z高傳輸速率為10Mbps;
RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合,抗共模干能力增強,即抗噪聲干擾性好;
RS-485接口的Z大傳輸距離標準值為4000英尺,實際上可達 3000米。RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發(fā)器。即具有多站能力,但RS-485總線上任何時候只能有一發(fā)送器發(fā)送;
RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性,長的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點就使其成為首選的串行接口;
RS485接口組成的半雙工網絡,一般只需二根連線,接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。
速度與距離:CAN與RS485以1Mbit/S的高速率傳輸?shù)木嚯x都不超過100M,可謂高速上的距離差不多。但是低速CAN以5Kbit/S時,距離可達10KM。而增強型RS485收發(fā)器在Z低的速率時亦能傳輸超過10KM(都無中繼),兩者在長距離的傳輸上也難分伯仲;
圖 5 CAN長距離通訊優(yōu)勢在智能家居中應用
2. 總線利用率:RS485是單主從結構,就是一個總線上只能有一臺主機,通訊都由它發(fā)起的,它沒有下命令,下面的節(jié)點不能發(fā)送,而且要發(fā)完即答,受到答復后,主機才向下一個節(jié)點詢問,這樣是為了防止多個節(jié)點向總線發(fā)送數(shù)據,而造成數(shù)據錯亂。而CAN-bus是多主從結構,每個節(jié)點都有CAN控制器,多個節(jié)點發(fā)送時,以發(fā)送的ID號自動進行仲裁,這樣就可以實現(xiàn)總線數(shù)據不錯亂,而且一個節(jié)點發(fā)完,另一個節(jié)點可以探測到總線空閑,而馬上發(fā)送,這樣省去了主機的詢問,提高了總線利用率,增強了快速性。所以在汽車等實性要求高的系統(tǒng),都是用CAN總線,或者其他類似的總線;
3. 錯誤檢測機制:RS485只規(guī)定了物理層,而沒有數(shù)據鏈路層,所以它對錯誤是無法識別的,除非一些短路等物理錯誤。這樣容易造成一個節(jié)點破壞了,拼命向總線發(fā)數(shù)據(一直發(fā)1),這樣造成整個總線癱瘓。所以RS485一旦壞一個節(jié)點,這個總線網絡都掛。而CAN總線有CAN控制器,可以對總線任何錯誤進行檢測,自動轉換錯誤狀態(tài),適時關閉總線,進而保護總線。如果檢測到其他節(jié)點錯誤或者自身錯誤,都會向總線發(fā)送錯誤幀,來提示其他節(jié)點,這個數(shù)據是錯誤的,大家小心。這樣CAN總線一旦有一個節(jié)點程序跑飛了,它的控制器自動閉鎖,保護總線。所以在安全性要求高的網路,CAN是很強的;
4. 器件價格:隨著CAN總線迅猛發(fā)展,目前CAN隔離收發(fā)器單價大有與RS485價格持平的趨勢,RS485收發(fā)器逐漸失去價格優(yōu)勢;
5. 開發(fā)難度:CAN具有完善的通信協(xié)議,底層機制由CAN控制器芯片及其接口芯片來實現(xiàn),研發(fā)工程師只需要了解面向客戶的應用層,從而大大降低了系統(tǒng)的開發(fā)難度,縮短了開發(fā)周期。而RS-485協(xié)議僅僅只有電氣協(xié)議,客戶開發(fā)需要自己開發(fā)鏈路層和應用層,開發(fā)難度較大。
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