以CAN與RS485為例總結各自優勢 解疑“為什么CAN能取代RS485”

近年來CAN總線逐漸被工程師認知，并以其突出特點，逐漸在取代RS485等總線，本文將以CAN與RS485為例總結各自優勢，為您解疑“為什么CAN能取代RS485”。

現場總線是90年代初國際上發展形成的，目前廣泛應用于現場總線技術過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領域的現場智能設備互連通訊網絡。

圖1 點對點連接方式

采用點對點通訊時，連線多，線路復雜，兩兩連線需要兩兩連線，需要n（n-1）/2根線。

圖2 總線連接方式

信息在一條公共通道上傳輸，信息接收者從通道上接收所有信息，并根據規則過濾發送給自己的信息。連線少，結構清晰，僅需≤n+1根線。

目前工業現場主流的總線方式包括RS232、RS485、CAN、Devicenet等，那么多總線類型，都有什么特點和應用呢？本文就以最常用的RS485和熱門的CAN總線進行對比分析，幫助您選擇更加合適的通訊方案。

圖3 目前主流的現場總線

CAN是控制網絡ControlAreaNetwork的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信。

一、CAN 現場總線

圖4 CAN在汽車網絡拓撲結構

CAN總線特點：

國際標準的工業級現場總線，傳輸可靠，實時性高；

傳輸距離遠（最遠10Km），傳輸速率快（最高1MHz bps）；

單條總線最多可接110個節點，并可方便的擴充節點數；

多主結構，各節點的地位平等，方便區域組網，總線利用率高；

實時性高，非破壞總線仲裁技術，優先級高的節點無延時；

出錯的CAN節點會自動關閉并切斷和總線的聯系，不影響總線的通訊；

報文為短幀結構并有硬件CRC校驗，受干擾概率小，數據出錯率極低；

自動檢測報文發送成功與否，可硬件自動重發，傳輸可靠性很高；

硬件報文濾波功能，只接收必要信息，減輕cpu負擔，簡化軟件編制；

通訊介質可用普通的雙絞線，同軸電纜或光纖等；

CAN總線系統結構簡單，有極高的性價比。

二、RS485 總線

RS-485是從 RS-422基礎上發展而來的，可以采用二線與四線兩種不同的方式，二線制可實現真正的多點雙向通信。而采用四線連接時，只能實現點對多點的通信。即只能有一個主設備（Master），其余為從設備（Slave）。

RS485接口標準特點：

RS-485的電氣特性：兩線間的電壓差范圍為±（2-6）V表示，接口信號電平降低，不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接；

RS-485的數據最高傳輸速率為10Mbps；

RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好；

RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達 3000米。RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發器。即具有多站能力,但RS-485總線上任何時候只能有一發送器發送；

RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等優點就使其成為首選的串行接口；

RS485接口組成的半雙工網絡，一般只需二根連線，接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。

三、CAN 總線與RS485的比較

1、速度與距離：CAN與RS485以1Mbit/S的高速率傳輸的距離都不超過100M，可謂高速上的距離差不多。但是低速CAN以5Kbit/S時，距離可達10KM。而增強型RS485收發器在最低的速率時亦能傳輸超過10KM（都無中繼），兩者在長距離的傳輸上也難分伯仲。

圖5 CAN長距離通訊優勢在智能家居中應用

2、總線利用率：RS485是單主從結構，就是一個總線上只能有一臺主機，通訊都由它發起的，它沒有下命令，下面的節點不能發送，而且要發完即答，受到答復后，主機才向下一個節點詢問，這樣是為了防止多個節點向總線發送數據，而造成數據錯亂。而CAN－bus是多主從結構，每個節點都有CAN控制器，多個節點發送時，以發送的ID號自動進行仲裁，這樣就可以實現總線數據不錯亂，而且一個節點發完，另一個節點可以探測到總線空閑，而馬上發送，這樣省去了主機的詢問，提高了總線利用率，增強了快速性。所以在汽車等實性要求高的系統，都是用CAN總線，或者其他類似的總線。

3、錯誤檢測機制：RS485只規定了物理層，而沒有數據鏈路層，所以它對錯誤是無法識別的，除非一些短路等物理錯誤。這樣容易造成一個節點破壞了，拼命向總線發數據（一直發1），這樣造成整個總線癱瘓。所以RS485一旦壞一個節點，這個總線網絡都掛。而CAN總線有CAN控制器，可以對總線任何錯誤進行檢測，自動轉換錯誤狀態，適時關閉總線，進而保護總線。如果檢測到其他節點錯誤或者自身錯誤，都會向總線發送錯誤幀，來提示其他節點，這個數據是錯誤的，大家小心。這樣CAN總線一旦有一個節點程序跑飛了，它的控制器自動閉鎖，保護總線。所以在安全性要求高的網路，CAN是很強的。

4、器件價格：隨著CAN總線迅猛發展，目前CAN隔離收發器單價大有與RS485價格持平的趨勢，RS485收發器逐漸失去價格優勢。

5、開發難度：CAN具有完善的通信協議，底層機制由CAN控制器芯片及其接口芯片來實現，研發工程師只需要了解面向客戶的應用層，從而大大降低了系統的開發難度，縮短了開發周期。而RS-485協議僅僅只有電氣協議，客戶開發需要自己開發鏈路層和應用層，開發難度較大。

四、總結對比