工业现场 CAN总线节点掉线不稳定问题解决

本文探讨了工业现场中CAN总线不稳定的原因,并提出了通过使用CAN中继器改进网络结构的方法来解决节点掉线、通讯距离缩短等问题,显著提升了网络稳定性。

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很多朋友在工业现场都会遇到 CAN总线不是很稳定的问题,如本来网络中有40个节点,但总是有那么几个节点时不时的掉线等等,那么怎么样布线、设计才能规避CAN总线不稳定、距离过短的问题呢?

最好的CAN网络布线方式当然是总线型,总线型网络结构清晰,易于维护,在两端都加上120欧电阻的话,实测接入节点可达70个,如下图:

然而在实际工程中,现场条件总是比较复杂多变的,使得不能将CAN网络布线为总线型方式,实际情况最多的就是总线型、星形结合的方式,如下

这样接线一般会导致以下问题:

1.接入的节点数少得可怜,甚至超过十几个节点就无法正常通讯;

2.强干扰区域与弱干扰区域搅在一起,使得不稳定范围扩大到整个CAN总线网络;

3.CAN总线通讯距离急剧变短,本来理论上可以跑500米,实际上却不到100米;

4.CAN终端电阻的选择变得异常复杂,CAN总线波形失真严重;

5.不时有节点掉线,无法通讯;

6.所有节点的波特率必须一致,否则无法正常通讯

 

解决方案如下:

使用CAN中继器将ABC三个网络隔离,变成了3个独立的网络,且他们之间可以相互通讯,更为重要的是,他们三个网络之间可以使用完全不同的波特率,整个网络可接入的节点数也大大提升(3倍以上),3个网络也都变成了总线型的结构,通讯距离也得到延长。

CAN中继器TAOBAO链接

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.3-c.w4002-14761754445.9.6f9150706gHQOV&id=20916855568

### CAN总线断线退出的原因 当CAN总线发生断线时,通常会触发一系列硬件和软件响应机制。具体来说: - **错误帧检测**:如果某个节点检测到连续多个错误帧,则该节点会被标记为处于“Error Passive”状态[^1]。 - **Bus-off状态**:一旦错误计数器达到预设阈值(通常是255),则相应的CAN控制器进入Bus-off状态,在此状态下无法继续参与网络通信直到被重置或重启。 这些现象表明物理层出现了问题,可能是由于线路损坏、接触不良或者是终端电阻缺失等原因造成的信号不稳定所引起的。 ### 解决方案 为了有效地应对上述提到的各种可能引起CAN总线断开的情况,可以从以下几个方面着手解决问题: #### 合理设置错误处理机制 利用STM32内置的功能模块实现更完善的错误监测与恢复流程。例如启用自动再同步功能允许设备在短暂失去同步之后能够自行恢复正常工作;同时开启错误中断以便及时捕获并记录任何潜在的问题事件。 ```c // 配置CAN外设以支持自动重新同步和其他高级特性 void MX_CAN_Init(void){ hcan.Instance = CAN1; hcan.Init.Prescaler = 8; hcan.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; hcan.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ; hcan.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_13TQ; hcan.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_2TQ; hcan.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE; hcan.Init.AutoBusOff = ENABLE; // 自动离线管理使能 hcan.Init.AutoWakeUp = DISABLE; hcan.Init.AutoRetransmission = ENABLE;// 开启自动重传 hcan.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE; hcan.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE; HAL_CAN_Init(&hcan); } ``` #### 检查并维护物理连接质量 确保所有接头牢固可靠,并且按照标准安装两个末端各有一个120Ω的终端电阻来维持良好的电气特性,这有助于减少因反射波而导致的数据丢失风险[^2]。 #### 应用层协议优化 采用合适的高层协议如CANopen, DeviceNet 或者 J1939 来增强系统的健壮性和互操作能力。这类协议不仅定义了消息格式还规定了一些额外的服务用于诊断和服务请求等目的,从而提高了整个系统的可维护性[^3]。
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