CAN_bus 总线在门禁系统中的应用

CAN_bus 总线简介 

    CAN-bus（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。起先，CAN-bus 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。由于其技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理，CAN_bus CAN-bus 已被广泛应用到各个自动化控制系统中。例如，在汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统、安防监控等各领域。
 
    CAN-bus 是一种多主方式的串行通讯总线，具有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km 时，CAN-bus 仍可提供高达5Kbps的数据传输速率。 

CAN 总线电平定义和通讯距离

    CAN 总线采用两种互补的逻辑数值“显性”和“隐性”。“显性”（“Daminant”）数值表示逻辑“0”，而“隐性”（“Recessive”）表示逻辑“1”。当总线上同时出现“显性”位和“隐性”位时，最终呈现在总线上的是“显性”位。CAN_H 和CAN_L 表示CAN 总线收发器与总线的两接口引脚，信号是以两线之间的“差分”电压Vdiff 形式出现。 

    在“隐性”状态下，VCAN_H 和VCAN_L 被固定与平均电压电平，Vdiff 近似为零，此时VCAN_H和VCAN_L 的标称值为2.5V。“显性”位以大于最小阀值的差分电压表示，此时VCAN_H 的标称值为3.5V，VCAN_L 的标称值为1.5V。如图 1 所示。在总线空闲状态，发送隐性位。

图 1 CAN 总线电平定义

    CAN 总线上任意两个节点之间的最大传输距离与其通讯波特率有关，如表 1 所示。

表 1 CAN 总线通讯距离

    这里最大通讯距离是指在同一条总线上任意两个节点之间的距离。

CAN-bus 的主要特性如下： 

    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)； 
    高速的数据传输速率(高达1Mbps)； 
    多主结构依据优先权进行总线访问； 
    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； 
    报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息；

CAN-bus 在门禁系统中的应用  

    作为公共安全的一个组成部分，门禁系统的可靠性、安全性、稳定性是一个很重要的指标。而CAN_bus 所具有的高抗干扰能力、多主结构、可靠的出错处理机制、节点在严重错误的情况下自动退出总线等特点，使CAN_bus 总线在门禁系统中具有很强的优势。在CAN_bus 门禁系统中采用双绞线作为传输介质，网络连接采用总线连接方式。如图2所示：

图 2 CAN_bus 总线门禁系统网络拓扑图

    CAN 控制器具有硬件仲裁机制，并且根据报文的ID 决定其发送的优先权。因此在CAN网络中，每个节点都可以作为主机发送数据，当有事件发生时，控制器不必等待主机的查询就可以主动发送数据，这大大提高了系统的实时性；当数据发生错误时，CAN 可以自动重发，这提高了系统的可靠性。 

    CAN 控制器可以根据报文的ID 决定是否接收或屏蔽改报文，使门禁控制器可以根据需要接收想要的信息，屏蔽不需要的信息，减轻了门禁控制器的通信管理任务，提高了系统的稳定性。 

    在传统的RS485 总线中，当一个节点发生错误时，会影响到整个系统的运行，甚至引起整个系统的瘫痪，维护成本高，网络调试复杂。而CAN 控制器在节点发生错误时自动进行错误出错处理，当错误严重时自动退出总线功能，不会影响整个网络的运行，使系统的安全性大大提高，同时降低了网络调试的工作量，维护成本变低。

表 2 RS485/CAN-bus 特性比较