CAN 控制器通讯故障

CAN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。在我们的旋挖钻机中，CAN总线主要用于控制器、显示器、倾角传感器、GPS通信控制器、发动机ECM等各种电器元件之间的数据交换。

CAN-bus是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，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。由于CAN 串行通讯总线具有这些特性，它很自然地在汽车、制造业、以及航空工业中受到广泛应用。

工作原理：

CAN总线通讯能够使用很多物理介质，例如双绞线、光纤等。只要物理驱动器是在“开集电极”而且每个节点都能够监听到它自己以及其他所有节点，那么CAN 就能够工作。最常用的就是双绞线。一个信号能够使用差分电压传送，CAN 驱动器能够因此而避免噪声和容错，这两条信号线被称为“CAN_H” 和“CAN_L”，静态时是2.5V。

总线总是处于两种逻辑状态，即隐性和显性的其中之一。在隐性状态CAN_H和CAN_L 固定在一个中值电压电平。在带终端电阻的总线上，隐性电平时，CAN_H和CAN_L之间电压差接近于零。

CAN 实现的信号：

使用非屏蔽的双绞线：

CAN_H： 隐性为2.5V，显性为3.5V

CAN_L： 隐性为2.5V，显性为1.5V

物理位示意图

物理信号：

总线电平 0 = 显性

总线电平 1 = 隐性

总线闲置 = 隐性

显性电平将覆盖隐性电平如下例所示：

节点1

节点2

节点3

最终总线电平

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

必须所有节点电平为1，总线电平才为1，否则1 被0 覆盖。显性状态由大于最小门限的差动电压表示。显性状态覆盖隐性状态并在显性位中传输。

显性位为“0”，隐形为“1”

总线故障：

在正常操作中，由于发生一些总线故障而导致了非正常的操作。故障导致可能发生的网络行为如下：

1、 网络连接失败

如果一个节点从总线网络脱开而导致连接失败，剩下的其它节点之间应能够继续通信。

2、节点电源断开或节点接地断开

如果某个节点与电源断开，或者处于低电压状态下，网络不会被拉低，剩下的节点应能够继续通信。

如果某节点与接地点断开，网络不会被拉高，剩下的节点应能够继续通信。

3、屏蔽接地断开

万一某个节点的屏蔽接地断开，则会在屏蔽层与双绞线的任一根线之间产生共模干扰电压。虽然通信是可能的，但电磁干扰会增加。

4、开路和短路故障

原则上，由电子控制单元来分析重要消息的毁坏率故障是可以察觉的。以旋挖钻机通讯系统为例，一些意外事件引起的故障示例如下：

旋挖钻机通讯总线连接示意图：

例1：CAN-H或者CAN-L总线 断开

在CAN-H（CAN-L） 断开点的不同边节点之间，数据通信是不可能的。而在CAN-H 断开点的相同边节点之间，数据通信是可能的。但是数据信号的信噪比（S/N）随之降低。

 例如显示器和绝对式编码器之间的CANH-33和CANL-33线路某一条或者两条短路，那么在控制器和显示器之间的元器件之间还可以建立CAN总线通信的连接，但可能线号的信噪比会下降。但是，在断点的两侧，如控制器和倾角传感器之间是不能再利用CAN总线进行通信。

例2： CAN总线短路故障

如果电源电压比最大允许的总线正常电压范围还大，数据通信是不可能的。

在旋挖钻机CAN总线通信系统中，所有的电器元件连接在总线上时表示显性状态的总线电压参数CAN-H最大值为7V，所以当CAN-H对5V电源短路时，通信有可能可以进行，但是信号信噪比下降；当对7V以上（12V、24V）电源线电路时，数据通信是不可能的。

2、CAN-L对地短路

在旋挖钻机CAN总线通信系统中，CAN-L对地短路时，由于总线电压在允许的正常电压范围内，所以通信是可能的。但是数据信号的信噪比（S/N）下降，抗电磁辐射能力减弱。

3、其它短路形式

   在旋挖钻机CAN总线通信系统中，CAN-H对地线短路、CAN-L对电源线短路、CAN-H对CAN-L短路则数据通信是不能进行的。

例3：总线匹配终端的丢失

虽然通过总线的数据通信是可能的，但是数据信号的信噪比（S/N）会随之降低。