CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。
一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。CAN 可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。
CAN总线技术原理
CAN总线使用串行数据传输方式，可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行，也可以使用光缆连接，而且在这种总线上总线协议支持多主控制器。CAN与I2C总线的许多细节很类似，但也有一些明显的区别。
当CAN总线上的一个节点（站）发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。
每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。
当一个站要向其它站发送数据时，该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状 态。
CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。
由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或 软件上进行修改。
当所提供的新站是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由网上获得，而无须每个控制器都有自己独立的传感器。
CAN支持四类信息帧类型
1、数据帧
2、远程帧
3、错误指示帧
4、超载帧
5、帧间空隙
CAN总线的分层结构
CAN遵从OSI模型，按照OSI基准模型，CAN结构划分为两层：数据链路层和物理层，如下图所示。
按照IEEE 802.2和802.3 标准，数据链路层又划分为：
1、逻辑链路控制（LLC-Logic Link Control）。
2、媒体访问控制（MAC-Medium Access Control）。
物理层又划分为：
1、物理信令（PLS-Physical Signalling）。
2、物理媒体附属装置（PMA-Physical Medium Attachment）。
3、媒体相关接口（MDI-Medium Dependent Interface）。
MAC子层运行借助称之为“故障界定实体（FCE）”的管理实体进行监控。故障界定是使判别短暂干扰和永久性故障成为可能的一种自检机制。物理层可借助检测和管理物理媒体故障实体进行（例如总线短路或中断，总线故障管理）。
LLC和MAC两个同等的协议实体通过交换帧或协议数据单元（PDU-Protocol Data Unit）和（N）-用户数据组成，为传送一个NPDU,（N-1）层实体必须通过（N-1）服务访问点（SAP-Service Access Point）[（N-1）-SAP].NPDU借助于（N-1）层服务数据单元（SDU-Service Data U nit）[（N-1）-SDU]传至（N-1）层，其服务功能允许NPDU的传送。
SDU是接口数据，对其识别预先在（N）层实体间进行，亦即，它表示逻辑数据单元由服务进行传送。CAN协议的数据链层既不提供分配一个SDU至多个PDU,也不提供分配多个SDU至一个PDU的方法，亦即，NPDU直接由相应的NSDU和层指定控制信息N-PCI构成。
CAN总线的特点
CAN具有十分优越的特点，使人们乐于选择。这些优越的特点包括：
1、多主控制
2、信息的发送
3、系统的灵活性
4、通信速度
5、远程数据请求
6、错误检测、错误通知、错误恢复功能
7、错误隔离
8、连接
CAN总线的应用
CAN总线在组网和通信功能上的优点以及其高性价比据定了它在许多领域有广阔的应用前景和发展潜力。这些应用有些共同之处：CAN实际就是在现场起一个总线拓扑的计算机局域网的作用。
不管在什么场合，它负担的是任一节点之间的实时通信，但是它具备结构简单、高速、抗干扰、可靠、价位低等优势。CAN总线最初是为汽车的电子控制系统而设计的，目前在欧洲生产的汽车中CAN的应用已非常普遍，不仅如此，这项技术已推广到火车、轮船等交通工具中。
汽车制造中的应用
大型仪器设备中的应用
工业控制中的应用
机器人网络互联中的应用
同时,由于CAN总线本身的特点,其应用范围目前已不再局限于汽车行业,而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准,并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。
CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。
一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。CAN 可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。
CAN总线技术原理
CAN总线使用串行数据传输方式，可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行，也可以使用光缆连接，而且在这种总线上总线协议支持多主控制器。CAN与I2C总线的许多细节很类似，但也有一些明显的区别。
当CAN总线上的一个节点（站）发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。
每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。
当一个站要向其它站发送数据时，该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状 态。
CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。
由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或 软件上进行修改。
当所提供的新站是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由网上获得，而无须每个控制器都有自己独立的传感器。
CAN支持四类信息帧类型
1、数据帧
2、远程帧
3、错误指示帧
4、超载帧
5、帧间空隙
CAN总线的分层结构
CAN遵从OSI模型，按照OSI基准模型，CAN结构划分为两层：数据链路层和物理层，如下图所示。
按照IEEE 802.2和802.3 标准，数据链路层又划分为：
1、逻辑链路控制（LLC-Logic Link Control）。
2、媒体访问控制（MAC-Medium Access Control）。
物理层又划分为：
1、物理信令（PLS-Physical Signalling）。
2、物理媒体附属装置（PMA-Physical Medium Attachment）。
3、媒体相关接口（MDI-Medium Dependent Interface）。
MAC子层运行借助称之为“故障界定实体（FCE）”的管理实体进行监控。故障界定是使判别短暂干扰和永久性故障成为可能的一种自检机制。物理层可借助检测和管理物理媒体故障实体进行（例如总线短路或中断，总线故障管理）。
LLC和MAC两个同等的协议实体通过交换帧或协议数据单元（PDU-Protocol Data Unit）和（N）-用户数据组成，为传送一个NPDU,（N-1）层实体必须通过（N-1）服务访问点（SAP-Service Access Point）[（N-1）-SAP].NPDU借助于（N-1）层服务数据单元（SDU-Service Data U nit）[（N-1）-SDU]传至（N-1）层，其服务功能允许NPDU的传送。
SDU是接口数据，对其识别预先在（N）层实体间进行，亦即，它表示逻辑数据单元由服务进行传送。CAN协议的数据链层既不提供分配一个SDU至多个PDU,也不提供分配多个SDU至一个PDU的方法，亦即，NPDU直接由相应的NSDU和层指定控制信息N-PCI构成。
CAN总线的特点
CAN具有十分优越的特点，使人们乐于选择。这些优越的特点包括：
1、多主控制
2、信息的发送
3、系统的灵活性
4、通信速度
5、远程数据请求
6、错误检测、错误通知、错误恢复功能
7、错误隔离
8、连接
CAN总线与其它通信网的不同之处在于：
一是报文传送中不包含目标地址，它是以全网广播为基础。各接收站根据报文中反映数据性质的标识符过滤报文，该收的收下，不该收的丢弃。其好处是可在线上网下网、即插即用和多站接收；
二是特别强化了对数据安全性的关注，满足控制系统及其它较高数据要求的系统需求。
在实践中，有两种重要的总线分配方法：按时间表分配和按需要分配。在第一种方法中，不管每个节点是否申请总线，都对每个节点按最大期间分配。由此，总线可被分配给每个站并且是唯一的站，而不论其是立即进行总线存取或在一特定时间进行总线存取。
这将保证在总线存取时有明确的总线分配。在第二种方法中，总线按传送数据的基本要求分配给一个站，总线系统按站希望的传送分配。因此，当多个站同时请求总线存取时，总线将终止所有站的请求，这时将不会有任何一个站获得总线分配。为了分配总线，多于一个总线存取是必要的。
CAN实现总线分配的方法，可保证当不同的站申请总线存取时，明确地进行总线分配。这种位仲裁的方法可以解决当两个站同时发送数据时产生的碰撞问题。不同于Ethernet网络的消息仲裁，CAN的非破坏性解决总线存取冲突的方法，确保在不传送有用消息时总线不被占用。
甚至当总线在重负载情况下，以消息内容为优先的总线存取也被证明是一种有效的系统。虽然总线的传输能力不足，所有未解决的传输请求都按重要性顺序来处理。在CSMA/CD这样的网络中，如Ethernet,系统往往由于过载而崩溃，而这种情况在CAN中不会发生。
其电器装置包括有：运动控制器、基于微处理器的传感器、专用设备控制器等底层设备；在这些装置所构成的网络上另有车间级管理机、监控机或生产单元控制器等非底层装置。结合实际情况和要求，将机器人控制器视为运动控制器。
把CAN总线技术充分应用于现有的控制器当中，将可开发出高性能的多机器人生产线系统。利用现有的控制技术，结合CAN技术和通信技术，通过对现有的机器人控制器进行硬件改进和软件发，并相应地开发出上位机监控软件，从而实现多台机器人的网络互联。
最终实现基于CAN网络的机器人生产线集成系统。这样做的好处很多，例如实现单根电缆串接全部设备，节省安装维护开销；提高实时性，信息可共享；提高多控制器系统的检测、诊断和控制性能；通过离线的任务调度、作业的下载以及错误监控等技术，把一部分人从机器人工作的现场彻底脱离出来。
CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计,CAN总线越来越受到人们的重视，它在汽车领域上的应用是最广泛的。世界上一些著名的汽车制造厂商大都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。
同时,由于CAN总线本身的特点,其应用范围目前已不再局限于汽车行业,而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准,并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。
通过以上学术专家发文分析总结，只有科技的不断发展，我们人类才会不断进步，仪器仪表行业，同样也需要科技的不断发展与创新，上海京灿公司会继续秉承为大家提供各类高科技的安全的德鲁克压力校验仪,德鲁克压力传感器等，我们会一如既往提供各类优质服务，我们会持续关注仪器仪表领域的科技发展，欢迎关注上海京灿精密机械有限公司。
