“CAN总线布线规范”的版本间的差异

2023年9月15日 (五) 13:51的最新版本

本文介绍了CAN总线的布线选型及要求，适用于我公司所有CAN总线型的设备；

导线选型

导线类型

CAN总线布线时必须采用双绞线，且需采用特征阻抗约120Ω的双绞线，在通信距离较长或电磁环境恶劣的情况下
最好用屏蔽双绞线，这样可以有效抑制电磁干扰，保证可靠的通信。

线长与直流电阻

当客户的通信距离较长时就不得不考虑线路损耗了，如果使用的线缆太细，导线的直流电阻太大。
那么在总线起始端发出的信号在经历漫长的路途之后到达末端的节点时信号将大幅衰减，最终导致通信失败。
那么线长和传输线截面积，线长与通信波特率又有什么关系呢？我们总结如下图所示(依据国际标准ISO/DIS-11898)。

布线拓扑结构

“手牵手”拓扑结构

在直线型拓扑中，由于分支存在一定的长度以及分支长度的积累会造成总线上阻抗不连续，
继而产生信号反射的现象，所以直线型拓扑中最常用的是手牵手连接方式。如图所示，为了保证
通信的可靠性，起始端和末端的节点都需要加120Ω的终端电阻，不可只接一端或两端均不接。

优点

在线缆任意位置断开后，总线可以正常通讯。

缺点

断线后，信号反射严重，无法用于高波特率和远距离场景。

“T型”拓扑结构

在大多数的使用场景中，由于整体线缆非常多均需要使用接线排，方便后期维护。
所以CAN总线上的节点分支不可避免，只能尽量减小分支长度
该种布线方式也是现场实际使用最多的一种
这个分支长度在最高波特率1M时最好在0.3m以内，我们可以推断在其他波特率条件下如果

分支长度满足小于0.3m，那么总线通信可以稳定运行。
在某些场合无法做到这么短的分支怎么办呢？我们可以根据不同的波特率，选择不同的分支
长度。如图可知，随着波特率的增加，分支约束越来越严格，相反如果想增加分支的长度那么
波特率必须降低以获得稳定的通信。

优点

布线施工简单。
总线阻抗匹配简单（总线两端各接入1个终端电阻)。
接线操作简单方便。

缺点

如果节点数较多，总线线缆变长，影响总线速率。
节点支线长度不能过长，一般不超过30cm。

“星型”拓扑结构

对于星型拓扑结构来说需要注意的是每个分支的终端电阻的匹配，一般等距离分支终端电阻R=N(分支数)*60即可，
如果不等距，需要根据实际情况进行匹配，星型组网一般推荐使用（CANHUB-AS4）集线器，能够有效隔离子网络的干扰，延长通讯距离。
这种连接方式基本无主线，分支长度基本一致，适用于设备集中在一起的场景

优点

控制简单。任一节点只需与中央节点连接，易于网络监控和管理。
故障诊断和隔离容易。中央节点可以逐一对节点进行故障检测和定位，单个节点故障只会影响一个设备，不会影响全网络。
方便服务。中央节点可以方便地对各个节点提供服务和网络配置。

缺点

需要耗费大量的电缆，安装、维护的工作量增大。
中央节点负担重，一旦发生故障会影响整个网络。

其他方式连接

以下连接方式需要额外的中继器等设备，不再做详细讲解

环形拓扑结构
树形拓扑结构
网状拓扑结构
混合型拓扑结构

施工要求

采用“T型”拓扑方式布线；
主线≥0.5mm²；总长≤200m; 必须使用双绞屏蔽线施工；
支线≥0.2mm²；单根长度≤1m；支线累计总长≤50m；
支线与主线线缆进行剥皮搭接；主线线芯及屏蔽层不能剪断；
搭接线头必须使用电络铁焊接，并做好绝缘及防水；
CAN转232转换器，每台设备负载设备数量≤40；
CAN转TCP转换器，每台设备负载设备数量≤60；单口负载≤40；

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 本文介绍了CAN总线的布线选型及要求，适用于我公司所有CAN总线型的设备；
 == 导线选型 ==
-==== 导线类型 ====
+=== 导线类型 ===
 CAN总线布线时必须采用双绞线，且需采用特征阻抗约120Ω的双绞线，在通信距离较长或电磁环境恶劣的情况下<br>
 最好用屏蔽双绞线，这样可以有效抑制电磁干扰，保证可靠的通信。
-==== 线长与直流电阻 ====
+=== 线长与直流电阻 ===
 当客户的通信距离较长时就不得不考虑线路损耗了，如果使用的线缆太细，导线的直流电阻太大。<br>
 那么在总线起始端发出的信号在经历漫长的路途之后到达末端的节点时信号将大幅衰减，最终导致通信失败。<br>
 那么线长和传输线截面积，线长与通信波特率又有什么关系呢？我们总结如下图所示(依据 国际标准ISO/DIS-11898)。<br>
-{| class="wikitable"
+[[文件:CAN电缆选择和终端电阻匹配.png]]
-|+ 与传输线长度相关的电缆直流参数推荐值
-|-
-! 总线长度 !! 电缆1*<br>直流电阻 !! 电缆1*)<br>导线截面积 !! 终端电阻 !! 最大波特率
-|-
-| 0...40m|| 70mΩ/m || 0.25mm<sup>2</sup>~0.34mm<sup>2</sup><br>AWG23,AWG22 || 124Ω/1% || 1Mbps<br>at 40m
-|-
-| 40...300m|| <60mΩ/m || 0.34mm<sup>2</sup>~0.6mm<sup>2</sup><br>AWG22,AWG20 || 127Ω/1% <sup>2*)</sup>  || >500Kbps<br>at 100m
-|-
-| 300...600m|| <40mΩ/m || 0.5mm<sup>2</sup>~0.6mm<sup>2</sup><br>AWG20 || 127Ω/1% <sup>2*)</sup> || >100Kbps<br>at 500m
-|-
-| 600...1000m|| <20mΩ/m || 0.75mm<sup>2</sup>~0.8mm<sup>2</sup><br>AWG18 || 127Ω/1% <sup>2*)</sup> || >50Kbps<br>at 1000m
-|}
-) 电缆交流参数推荐值:120Ω 特征电阻、5ns/m 延时;<br>
-) 为了把电缆直流电阻引起的电压衰减降到最小，较大的终端电阻值(例如选用非标准的 150Ω~300Ω<br>而在 IS011898 标准中，提供的参考值为“118Ω<R<sub>1</sub><130Ω”范用) 有助于增加总线长度;<br>
 == 布线拓扑结构 ==
-==== “手牵手”式连接 ====
+=== “手牵手”拓扑结构 ===
 在直线型拓扑中，由于分支存在一定的长度以及分支长度的积累会造成总线上阻抗不连续，<br>
 继而产生信号反射的现象，所以直线型拓扑中最常用的是手牵手连接方式。如图所示，为了保证<br>
 通信的可靠性，起始端和末端的节点都需要加120Ω的终端电阻，不可只接一端或两端均不接。<br>
 [[文件:CAN线布线 手牵手.png]]<br>
+==== 优点 ====
+* 在线缆任意位置断开后，总线可以正常通讯。
+==== 缺点 ====
+* 断线后，信号反射严重，无法用于高波特率和远距离场景。
-==== “手牵手”式连接 ====
+=== “T型”拓扑结构 ===
-在大多数的使用场景中，由于整体线缆非常多均需要使用接线排，方便后期维护。<br>所以CAN总线上的节点分支不可避免，只能尽量减小分支长度<br>该种布线方式也是现场实际使用最多的一种<br>
+在大多数的使用场景中，由于整体线缆非常多均需要使用接线排，方便后期维护。<br>
+所以CAN总线上的节点分支不可避免，只能尽量减小分支长度<br>
+该种布线方式也是现场实际使用最多的一种<br>
 这个分支长度在最高波特率1M时最好在0.3m以内，我们可以推断在其他波特率条件下如果<br>
 [[文件:CAN布线 T型.png]]<br>
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 波特率必须降低以获得稳定的通信。<br>
-{| class="wikitable"
+[[文件:CAN分支距离和波特率的关系.png]]
-|-
-! 数据速率<br>波特率 !! 干线距离 !! 分支线长度<br>最大值 !! 分支线长度<br>累计(不超过)
+==== 优点 ====
-|-
+* 布线施工简单。
-| 125K  || 500米(1640英尺) || 6米(20英尺) || 156米(512英尺)
+* 总线阻抗匹配简单（总线两端各接入1个终端电阻)。
-|-
+* 接线操作简单方便。
-| 250K || 250米(820英尺) || 3米(10英尺) || 78米(256英尺)
+==== 缺点 ====
-|-
+* 如果节点数较多，总线线缆变长，影响总线速率。
-| 500K || 100米(328英尺) || 1.5米(5英尺) || 39米(128英尺)
+* 节点支线长度不能过长，一般不超过30cm。
-|}
+=== “星型”拓扑结构 ===
+对于星型拓扑结构来说需要注意的是每个分支的终端电阻的匹配，一般等距离分支终端电阻R=N(分支数)*60即可，<br>
+如果不等距，需要根据实际情况进行匹配，星型组网一般推荐使用（CANHUB-AS4）集线器，能够有效隔离子网络的干扰，延长通讯距离。<br>
+这种连接方式基本无主线，分支长度基本一致，适用于设备集中在一起的场景<br>
+[[文件:CAN布线 星型.png]]<br>
+==== 优点 ====
+* 控制简单。任一节点只需与中央节点连接，易于网络监控和管理。
+* 故障诊断和隔离容易。中央节点可以逐一对节点进行故障检测和定位，单个节点故障只会影响一个设备，不会影响全网络。
+* 方便服务。中央节点可以方便地对各个节点提供服务和网络配置。
+==== 缺点 ====
+* 需要耗费大量的电缆，安装、维护的工作量增大。
+* 中央节点负担重，一旦发生故障会影响整个网络。
+=== 其他方式连接 ===
+以下连接方式需要额外的中继器等设备，不再做详细讲解
+* 环形拓扑结构
+* 树形拓扑结构
+* 网状拓扑结构
+* 混合型拓扑结构
+== 施工要求 ==
+* 采用“T型”拓扑方式布线；
+* 主线≥0.5mm<sup>2</sup>； 总长≤200m; 必须使用双绞屏蔽线施工；
+* 支线≥0.2mm<sup>2</sup>； 单根长度≤1m；支线累计总长≤50m；
+* 支线与主线线缆进行剥皮搭接；主线线芯及屏蔽层不能剪断；
+* 搭接线头必须使用电络铁焊接，并做好绝缘及防水；
+* CAN转232转换器，每台设备负载设备数量≤40；
+* CAN转TCP转换器，每台设备负载设备数量≤60；单口负载≤40；