河南鸿翔建筑工程有限公司 河南安阳 455000
摘要：CAN总线是当前国际上应用最为广泛的现场总线，在汽车电子控制、机械工业等领域中得到广泛普及应用，逐渐成为嵌入式工业控制局域网以及汽车计算机控制系统的标准总线，对控制器局部网与电气控制系统的标准化、规范化发展具有重要的现实意义。为充分发挥CAN总线的应用效能，本文对CAN总线在电气控制系统中的应用现状进行简要阐明，旨在提高CAN总线的推广普及力度。
关键词：CAN总线；电气控制系统；应用
一、CAN总线概述
CAN总线由德国BOSCH公司开发，主要被用于减少各类汽车电子控制系统的线束数量、满足通过多个LAN进行数据高速通信的系统运行需求，主要被应用于汽车电气控制领域中。目前，CAN总线协议逐渐成为欧洲汽车网络的标准协议、拥有以CAN为底层协议专为重工机械车辆以及大型货车针对性设计的J1939协议。同时，CAN总线协议在我国汽车工业等行业领域中得到广泛应用普及。实现了对传统分布式电气控制系统各节点间的稳定、实时数据通信，为其提供了强有力的技术支持。
CAN属于现场总线范畴，可将其视作为一种新型的、支持实时控制以及分布式控制方式的串行通信网络，与传统的电气分布式控制系统相比，CAN总线具有开发周期短、各处网络节点间的数据通信实时能力优异等应用优势。在汽车行业发展中，部分汽车制造厂商普遍选择采用CAN总线技术，在汽车电子控制系统中增设各处检测与执行结构以及汽车内部控制系统间的实时数据通信功能。例如，CAN控制器采用多种工作方式，系统网络中所分布各处节点均具备总线访问优先权，并采用无损结构逐位仲裁的创新性方式，基于电气控制系统实际运行情况向总线实时发送通信数据，对数据进行编码处理。因此，基于CAN总线协议所构建的电气控制系统，各处节点间具有极为优异的数据实时通信功能，易形成冗余结构，实现了对系统灵活性及运行稳定性的优化提升。
二、CAN总线的主要特征
CAN纵向是德国BOSCH公司为解决汽车电气控制系统与测试仪器间数据交换问题，而针对性开发的一种全新串行数据通信协议，主要通信介质为光导纤维、双绞线抑或是同轴电缆。CAN总线的主要特征为：由于CAN将传统站地址编码加以废除，将其取代为通信数据编码方式，使得各处节点可同时接收同等通信数据，系统网络内节点个数不受理论层面限制；节点间实现自由通信。CAN总线由于采用多主竞争式结构，任意节点均可主动向其他节点发送通信信息，极为适用于分布式测控系统。同时，在PC AT XT兼容机插入CAN总线插卡，将构成相对稳定的分布式监控系统；具备故障监听功能。在任意网络节点出现各类故障问题，或是出现错误情况时，CAN总线将自动对故障节点的输出功能加以关闭，避免对其他网络节点造成干扰影响；不会出现通信线路拥塞问题。在多个网络节点同时发送通信数据时，将自动根据节点优先级进行排序；该协议遵循ISO/OSI模型，采用其应用层、物理层以及数据链路层，系统通信实时性能较强；通信数据没有主从之分。
三、CAN总线在电气控制系统中的实际应用情况
1.系统结构
某品牌汽车车身电气控制系统为CAN总线所构成，该系统控制对象主要包括，汽车车后、车前、车中等区域，所分布车门、雨刷、车灯、传感器、执行器、多媒体控制模块、巡航控制模块、ABS防抱死制动系统以及连接开关等系统监测与执行机构，以及脉冲量输入/输出、开关量输入/输出等模块。与传统线缆连接方式相比，对CAN总线技术的运用，有效加强了系统与各处执行/检测机构之间的数据通信实时性与稳定性。
同时，该车身电气控制系统采用主从式、模块化、支持标准通信协议的结构，系统主要由通信软件、主/从站模块以及上位机配置所构成。其中，通信软件以及上位机配置主要负责基于CAN总线将车身电气控制系统中的主从站模块加以稳定连接，并采用人机交互等多种方式，定期开展模块产品信息下载、模块优化配置、故障诊断、系统优化升级以及自动监测等作业。主站模块负责对车身电气控制系统相关配置信息加以存储，并与所配置通信软件传输交换通信数据。同时，将基于CAN总线，在各系统模块以及仪表设备间进行通信管理。从站模块负责对系统I/O控制单元加以控制，通过其接口电路与汽车车身电控单元进行通信连接。同时，在车身电气控制系统运行中，该模块也将持续采集系统所产生脉冲量、开关量以及模拟量的输入/输出信号，持续将所采集信号转化内数字信号，再基于CAN总线向主站模块加以传输，最终向所对应的系统模块下达各项控制指令。
2.系统应用
基于CAN总线所构成的车身电气控制系统，其与传统车身电控系统相比，具有极为优异的可移植性能以及通用性，在系统运行过程中将结合实际运行情况，快速、灵活对系统各控制单元的具体控制方式进行优化调整。例如，在系统运行中，系统将对控制对象车辆的车身型号等配置信息进行采集、分析，并在分析结果基础上，基于系统程序运行准则，配置适当数量以及类型的系统模块。基于CAN总线以及上位机，定期对车身电气控制系统各处模块的配置进行更新优化。其中，CAN总线协议所发挥的主要应用作用及价值在于，实现了对各处系统模块安装位置与配置情况的灵活分配、调整，并将各处执行机构与模块接入高效、稳定的CAN总线网络当中，进而对系统控制网络布线结构进行简化。系统将在短时间内，开展系统全面性安全监测工作，持续对系统的实际运行情况进行监听、检测与调整。此外，CAN总线网络同时也具备模块自动化升级的功能。既实现了对车身电气控制系统的持续优化升级，同时，也不会对系统设计结构产生影响。例如，在车辆在行驶过程中出现各类交通安全事故，车身受到外力撞击或是与障碍物碰撞时，CAN总线将快速将传感器装置所监测的碰撞信号向系统中央处理器进行传输，处理器分析碰撞信号，随后通过CAN总线向安全气囊传达启动弹出动作指令，为驾驶员的人身安全提供必要保障。
同时，CAN总线在车身电气控制系统的防盗设计领域中也展露出广阔的应用前景，汽车制造厂商可基于CAN总线技术对汽车钥匙的相关信息进行校验识别，如若信息识别通过，即可快速启动车辆、解除防盗装置。而在汽车钥匙相关信息与车身防盗控制器、发动机控制器三者相关信息不符，或是校验码内夹杂随机码时，车身电气控制系统将无法对车钥匙信息进行破译，以此保证汽车防盗安全。而对以上这些防盗设计功能的实现，均需要基于CAN总线技术加以设计。
结语：综上所述，CAN总线具有灵活性、实时性以及可靠性等诸多特点，而且广泛应用于自动化领域中。CAN总线技术在电气控制系统中具有网络节点数据通信性能强、开发周期短、传输距离远、成本低、抗电磁干扰强等诸多技术优势，既是解决传统汽车电气控制系统联网通信问题的主要技术手段，同时，也是电气控制系统以及控制器局部网标准化、规划化发展的主要趋势。因此，各企业机构与汽车制造厂商应加强对CAN总线技术的重视及应用，不断探索CAN总线技术在电气控制系统中的应用模式。
参考文献
[1]张凯.CAN总线在电气控制系统应用研究[J].信息系统工程,2016(10).
[2]江润洲,张书腾.CAN总线在电气控制系统中的应用[J].机电信息,2011(12).
[3]刘道寿,耿跃海.CAN总线在挖掘机电气控制系统中的应用[J].工程机械,2013,44(03).
[4]刘立祥,郑朋磊,苏会杰. 基于CAN总线的大型挖掘机电气系统设计[J]. 建设机械技术与管理. 2013(08).