利用CAN232B转换器组建CAN控制网络

一、 引言

    由于RS232通讯距离短（根据EAT/TAI-232标准，仅为15米），而且，只能进行点到点通讯，不能直接组多点通讯网络。为了延长RS232的通讯距离，并将RS232节点组成通讯网络，目前广泛使用RS232/RS485信号转换器。但是，由于RS485通讯本身的局限性，在实际应用中存在许多不足：总线效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的节点少、应用不灵活等。

    本文介绍一种方法，可以将RS232通讯网络转换成CAN通讯网络，以更好地解决用户建立远程通讯网络的问题。

二、 CAN总线特性

    CAN-bus（Controller Area Network）即控制器局域网。目前，CAN-bus是应用最广的现场总线国际标准之一。

    CAN-bus是一种多主方式的串行通讯总线，可以实现较高通讯速率、高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误，以保证实时通讯的可靠性。CAN-bus总线具有以下特性：

低成本的现场总线；
极高的总线利用率；
很远的数据传输距离（长达10Km）或高速的数据传输速率（高达1Mbps）；
可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；
可靠的错误处理和检错机制；发送的信息遭到破坏后，可自动重发；
节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；

当信号传输距离达到5Km时，CAN-bus仍可提供高达10Kbps的数据传输速率。CAN-bus通讯速率与传输距离的关系如下图2-1所示：

三、CAN232B转换器

    我们可以方便地运用CAN232B转换器，来实现RS232的多点组网和远程通讯。CAN232B转换器内置数据处理微控制器与CAN控制器，能够实现RS232/CAN网络的数据智能转换。

1、 主要技术参数

支持CAN2.0B协议（兼容CAN2.0A协议），符合ISO/DIS 11898规范；
集成1路CAN通道，波特率在10Kbps～1Mbps之间可选；
集成1路RS232通道，波特率在1200bps～57600bps之间可选；
CAN通道采用光电隔离，隔离模块绝缘电压：1000Vrms。[page]

2、 工作原理

    由微处理器负责实现通讯协议，转换RS232通讯数据与CAN通讯数据；集成CAN控制器完成CAN协议的硬件实现。为了提高系统的抗干扰能力，在CAN数据通道上增加了完整的电气隔离电路。隔离电路采用光电隔离元件，自带DC/DC电源模块，无需外接电源。

四、 利用CAN232B组建CAN控制网络

4.1 实现RS232点对点远程通讯

    利用CAN232B转换器实现RS232点对点远程通讯，如图4-1所示。只需要将每个用户设备分别连接一个CAN232B转换器，再通过双绞线连接两个CAN232B转换器的CAN端口即可。当通讯距离较远时，需要在CAN网络的两个端点处各安装1个120欧姆的电阻，电阻跨接在CAN_H和CAN_L上。

    在实现通讯前，只需要设置CAN232B转换器的2个参数：RS232通讯波特率、CAN通讯波特率，其他参数无需进行设置。CAN通讯波特率可以查找图2-1中的参照数据。

    由于CAN232B转换器完全支持CAN2.0A和CAN2.0B协议，利用CAN232B实现RS232点对点远程通讯，可充分利用CAN总线的优点，如传输距离远、传输速率高、无损仲裁和错误检测处理等。在CAN波特率为10kbps时，数据传输距离可达到5km，极大地提高了RS232数据的传输距离，同时也能够大大改善RS232数据传输的可靠性。

    如果用户的数据传输距离超过5km距离，则需要在CAN网络中间安装CANrep中继器。

4.2 实现RS232多机通讯网络

    利用CAN232B转换器实现RS232多机通讯网络，如图4-2所示。注意，CAN网络是一个“直线型”网络。首先，需要将每个用户设备分别连接一个CAN232B转换器；然后，通过双绞线连接各个CAN232B转换器的CAN端口，即可通讯。另外，需要在CAN网络的两个端点处各安装1个120欧姆的电阻，电阻跨接在CAN_H和CAN_L上。

    如果用户的数据传输距离超过5km距离，则需要在CAN网络中间安装CANrep中继器。

    利用CAN232B转换器实现RS232多机通讯网络，还需要考虑是否执行以下软件设置环节：
1． 配置主控设备的CAN232B转换器（通过配置软件设置）

设置CAN232B的RS232通讯波特率、CAN通讯波特率。
设置CAN232B中CAN报文滤波器，使设备接收所有的CAN报文。[page]

2． 用户RS232主控设备的软件设计

    对RS232主控设备而言，需要具备寻址其它多个RS232设备的能力。此时，需要按照CAN232B转换器的配置协议，对用户主控设备的RS232程序进行补充、修改，使主控设备可向所连的CAN232B转换器发送“命令帧”，以设置CAN帧格式，动态配置CAN232B发送的CAN帧信息。这样，用户主控设备就可以通过CAN232B发送具有不同ID的CAN报文帧，从而寻址不同地址的RS232设备。

3． 配置从设备的CAN232B转换器（通过配置软件设置）

    合理使用CAN232B转换器，可以方便地实现RS232多点组网和远程通讯。由于CAN232B转换器完全支持CAN2.0A和CAN2.0B协议，因此，所组建的CAN控制网络具有组网灵活、数据传输可靠性高、通讯速率高、总线利用率高等优点。

五、 RS232/CAN电平转换器

    目前，我们还接触到一种利用CAN总线收发器的电平驱动能力而间接实现RS232远程通讯的RS232/CAN转换器。这里，我们称其为非智能型RS232/CAN 电平转换器，将上面介绍的带微处理器产品称为智能型RS232/CAN转换器。下面将对非智能型RS232/CAN 电平转换器产品及其构成网络进行分析、判断、比较。

    非智能型RS232/CAN电平转换器直接通过硬件电路来实现RS232信号和CAN信号的物理电平转换。下图5-1是非智能型RS232/CAN电平转换器的原理框图。

    上图中，非智能型RS232/CAN转换器没有使用CAN控制器，只是利用CAN总线收发器的电平驱动能力，以达到延长RS232传输距离的目的。

    利用非智能型RS232/CAN电平转换器构建的CAN接口可以具有远程通讯的能力，但由其构建的CAN网络并不支持CAN基本协议。所以，利用非智能型RS232/CAN转换器组建的网络仍有会存在类似RS485的许多缺点：没有错误控制能力、没有硬件总线仲裁功能、通讯的可靠性低、总线效率低、系统实时性差、应用不灵活、只有主从通讯方式等等。一句话，那已经不是可靠、实时的CAN-bus通讯网络。

    与电平转换的机制不同，智能型RS232/CAN转换器完全支持CAN基本协议，可以实现RS232通道数据和CAN通道数据的转换。利用智能型CAN232B转换器构建CAN网络，完全支持CAN2.0A和CAN2.0B协议，充分利用CAN总线的特性，实现RS232的远程通讯和多点组网，并具有组网灵活、数据传输可靠性高、通讯速率高、总线利用率高等优点。这也是CAN-bus通讯网络具有的优点。另外，智能型RS232/CAN转换器还具有以下优点：可以实现RS232通讯数据与CAN通讯数据的透明转换，无需更改原有RS232通讯协议，可以直接应用到原有领域。

六、总结

    利用CAN232B转换器组建一个CAN控制网络，能够很方便的实现RS232多点组网、远程通讯，并且，不需要更改原有RS232通讯软件，用户可直接嵌入原有的应用领域，使系统设计达到更先进的水平。