| 引言 |
由于RS232通訊距離短（根據(jù)EAT/TAI-232標(biāo)準(zhǔn)，僅為15米），而且，只能進行點到點通訊，不能直接組多點通訊網(wǎng)絡(luò)。為了延長RS232的通訊距離，并將RS232節(jié)點組成通訊網(wǎng)絡(luò)，目前廣泛使用RS232/RS485信號轉(zhuǎn)換器。但是，由于RS485通訊本身的局限性，在實際應(yīng)用中存在許多不足：總線效率低、系統(tǒng)的實時性差、通訊的可靠性低、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節(jié)點少、應(yīng)用不靈活等。
本文介紹一種方法，可以將RS232通訊網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成CAN通訊網(wǎng)絡(luò)，以更好地解決用戶建立遠程通訊網(wǎng)絡(luò)的問題。 |
| CAN總線特性 |
CAN-bus（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)。目前，CAN-bus是應(yīng)用最廣的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)之一。
CAN-bus是一種多主方式的串行通訊總線，可以實現(xiàn)較高通訊速率、高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤，以保證實時通訊的可靠性。CAN-bus總線具有以下特性：
1: 低成本的現(xiàn)場總線；
2: 極高的總線利用率；
3: 很遠的數(shù)據(jù)傳輸距離(長達10Km)或高速的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達1Mbps)；
4: 可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文；
5: 可靠的錯誤處理和檢錯機制；發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)；
6: 節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動退出總線的功能；
當(dāng)信號傳輸距離達到5Km時，CAN-bus仍可提供高達10Kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。CAN-bus通訊速率與傳輸距離的關(guān)系如下圖2-1所示
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| CAN232B轉(zhuǎn)換器 |
我們可以方便地運用CAN232B轉(zhuǎn)換器，來實現(xiàn)RS232的多點組網(wǎng)和遠程通訊。CAN232B轉(zhuǎn)換器內(nèi)置數(shù)據(jù)處理微控制器與CAN控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)RS232/CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)智能轉(zhuǎn)換。
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| 主要技術(shù)參數(shù) |
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１：支持CAN2.0B協(xié)議（兼容CAN2.0A協(xié)議），符合ISO/DIS 11898規(guī)范；
２：集成1路CAN通道，波特率在10Kbps～1Mbps之間可選；
３：集成1路RS232通道，波特率在1200bps～57600bps之間可選；
４：CAN通道采用光電隔離，隔離模塊絕緣電壓：1000Vrms。 |
| 工作原理 |
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圖3-1 CAN232B原理框圖 |
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由微處理器負(fù)責(zé)實現(xiàn)通訊協(xié)議，轉(zhuǎn)換RS232通訊數(shù)據(jù)與CAN通訊數(shù)據(jù)；集成CAN控制器完成CAN協(xié)議的硬件實現(xiàn)。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在CAN數(shù)據(jù)通道上增加了完整的電氣隔離電路。隔離電路采用光電隔離元件，自帶DC/DC電源模塊，無需外接電源。 |
| 利用CAN232B組建CAN控制網(wǎng)絡(luò) |
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圖4-1 利用CAN232B實現(xiàn)RS232點對點通訊 |
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利用CAN232B轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)RS232點對點遠程通訊，如圖4-1所示。只需要將每個用戶設(shè)備分別連接一個CAN232B轉(zhuǎn)換器，再通過雙絞線連接兩個CAN232B轉(zhuǎn)換器的CAN端口即可。當(dāng)通訊距離較遠時，需要在CAN網(wǎng)絡(luò)的兩個端點處各安裝1個120歐姆的電阻，電阻跨接在CAN_H和CAN_L上。
在實現(xiàn)通訊前，只需要設(shè)置CAN232B轉(zhuǎn)換器的2個參數(shù)：RS232通訊波特率、CAN通訊波特率，其他參數(shù)無需進行設(shè)置。CAN通訊波特率可以查找圖2-1中的參照數(shù)據(jù)。
由于CAN232B轉(zhuǎn)換器完全支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議，利用CAN232B實現(xiàn)RS232點對點遠程通訊，可充分利用CAN總線的優(yōu)點，如傳輸距離遠、傳輸速率高、無損仲裁和錯誤檢測處理等。在CAN波特率為10kbps時，數(shù)據(jù)傳輸距離可達到5km，極大地提高了RS232數(shù)據(jù)的傳輸距離，同時也能夠大大改善RS232數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?BR> 如果用戶的數(shù)據(jù)傳輸距離超過5km距離，則需要在CAN網(wǎng)絡(luò)中間安裝CANrep中繼器。 |
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圖4-2 利用CAN232B實現(xiàn)RS232多機網(wǎng)絡(luò)通訊 |
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利用CAN232B轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)RS232多機通訊網(wǎng)絡(luò)，如圖4-2所示。注意，CAN網(wǎng)絡(luò)是一個“直線型”網(wǎng)絡(luò)。首先，需要將每個用戶設(shè)備分別連接一個CAN232B轉(zhuǎn)換器；然后，通過雙絞線連接各個CAN232B轉(zhuǎn)換器的CAN端口，即可通訊。另外，需要在CAN網(wǎng)絡(luò)的兩個端點處各安裝1個120歐姆的電阻，電阻跨接在CAN_H和CAN_L上。
如果用戶的數(shù)據(jù)傳輸距離超過5km距離，則需要在CAN網(wǎng)絡(luò)中間安裝CANrep中繼器。
利用CAN232B轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)RS232多機通訊網(wǎng)絡(luò)，還需要考慮是否執(zhí)行以下軟件設(shè)置環(huán)節(jié)：
1． 配置主控設(shè)備的CAN232B轉(zhuǎn)換器（通過配置軟件設(shè)置）
 設(shè)置CAN232B的RS232通訊波特率、CAN通訊波特率。
設(shè)置CAN232B中CAN報文濾波器，使設(shè)備接收所有的CAN報文。
2． 用戶RS232主控設(shè)備的軟件設(shè)計
對RS232主控設(shè)備而言，需要具備尋址其它多個RS232設(shè)備的能力。此時，需要按照CAN232B轉(zhuǎn)換器的配置協(xié)議，對用戶主控設(shè)備的RS232程序進行補充、修改，使主控設(shè)備可向所連的CAN232B轉(zhuǎn)換器發(fā)送“命令幀”，以設(shè)置CAN幀格式，動態(tài)配置CAN232B發(fā)送的CAN幀信息。這樣，用戶主控設(shè)備就可以通過CAN232B發(fā)送具有不同ID的CAN報文幀，從而尋址不同地址的RS232設(shè)備。
3． 配置從設(shè)備的CAN232B轉(zhuǎn)換器（通過配置軟件設(shè)置）
設(shè)置CAN232B的RS232通訊波特率、CAN通訊波特率。
設(shè)置CAN232B中CAN報文濾波器，使設(shè)備接收所需要的CAN報文。
設(shè)置CAN232B中CAN幀格式，決定幀類型（標(biāo)準(zhǔn)幀/擴展幀）和幀ID。
合理使用CAN232B轉(zhuǎn)換器，可以方便地實現(xiàn)RS232多點組網(wǎng)和遠程通訊。由于CAN232B轉(zhuǎn)換器完全支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議，因此，所組建的CAN控制網(wǎng)絡(luò)具有組網(wǎng)靈活、數(shù)據(jù)傳輸可靠性高、通訊速率高、總線利用率高等優(yōu)點。 |
| RS232/CAN電平轉(zhuǎn)換器 |
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目前，我們還接觸到一種利用CAN總線收發(fā)器的電平驅(qū)動能力而間接實現(xiàn)RS232遠程通訊的RS232/CAN轉(zhuǎn)換器。這里，我們稱其為非智能型RS232/CAN 電平轉(zhuǎn)換器，將上面介紹的帶微處理器產(chǎn)品稱為智能型RS232/CAN轉(zhuǎn)換器。下面將對非智能型RS232/CAN 電平轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品及其構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)進行分析、判斷、比較。
非智能型RS232/CAN電平轉(zhuǎn)換器直接通過硬件電路來實現(xiàn)RS232信號和CAN信號的物理電平轉(zhuǎn)換。下圖5-1是非智能型RS232/CAN電平轉(zhuǎn)換器的原理框圖
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上圖中，非智能型RS232/CAN轉(zhuǎn)換器沒有使用CAN控制器，只是利用CAN總線收發(fā)器的電平驅(qū)動能力，以達到延長RS232傳輸距離的目的。
利用非智能型RS232/CAN電平轉(zhuǎn)換器構(gòu)建的CAN接口可以具有遠程通訊的能力，但由其構(gòu)建的CAN網(wǎng)絡(luò)并不支持CAN基本協(xié)議。所以，利用非智能型RS232/CAN轉(zhuǎn)換器組建的網(wǎng)絡(luò)仍有會存在類似RS485的許多缺點：沒有錯誤控制能力、沒有硬件總線仲裁功能、通訊的可靠性低、總線效率低、系統(tǒng)實時性差、應(yīng)用不靈活、只有主從通訊方式等等。一句話，那已經(jīng)不是可靠、實時的CAN-bus通訊網(wǎng)絡(luò)。
與電平轉(zhuǎn)換的機制不同，智能型RS232/CAN轉(zhuǎn)換器完全支持CAN基本協(xié)議，可以實現(xiàn)RS232通道數(shù)據(jù)和CAN通道數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。利用智能型CAN232B轉(zhuǎn)換器構(gòu)建CAN網(wǎng)絡(luò)，完全支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議，充分利用CAN總線的特性，實現(xiàn)RS232的遠程通訊和多點組網(wǎng)，并具有組網(wǎng)靈活、數(shù)據(jù)傳輸可靠性高、通訊速率高、總線利用率高等優(yōu)點。這也是CAN-bus通訊網(wǎng)絡(luò)具有的優(yōu)點。另外，智能型RS232/CAN轉(zhuǎn)換器還具有以下優(yōu)點：可以實現(xiàn)RS232通訊數(shù)據(jù)與CAN通訊數(shù)據(jù)的透明轉(zhuǎn)換，無需更改原有RS232通訊協(xié)議，可以直接應(yīng)用到原有領(lǐng)域。 |
| 總結(jié) |
| 利用CAN232B轉(zhuǎn)換器組建一個CAN控制網(wǎng)絡(luò)，能夠很方便的實現(xiàn)RS232多點組網(wǎng)、遠程通訊，并且，不需要更改原有RS232通訊軟件，用戶可直接嵌入原有的應(yīng)用領(lǐng)域，使系統(tǒng)設(shè)計達到更先進的水平。 |
