CAN 通信基礎知識

CAN（Controller Area Network，控制器局域網）是一種廣泛應用于高實時性分布式控制系統(tǒng)的串行通信協(xié)議，最早由德國Bosch公司于1983年開發(fā)，旨在解決傳統(tǒng)多線束布線方式帶來的復雜性與高成本問題。CAN 總線具備高可靠性、低成本、高效傳輸和靈活組網等特點，被廣泛用于汽車電子、工業(yè)控制、機器人、航空航天、醫(yī)療設備及能源管理系統(tǒng)等領域。

在 CAN 總線網絡中，每個 ECU（電子控制單元）作為一個節(jié)點，通過總線實現(xiàn)與其他節(jié)點的通信。下圖展示了典型的 CAN 總線連接結構：

CAN 數(shù)據(jù)幀的結構如下圖所示。在實際應用中，發(fā)送數(shù)據(jù)時需重點關注仲裁段、控制段及數(shù)據(jù)段。

仲裁段

EA 電源產品默認設有三個基礎 ID（BASEID），位于數(shù)據(jù)幀的仲裁段，用于消息識別與仲裁：

■ 000h：用于寫入對象，消息類型為Send_ Object

■ 001h：用于查詢對象，消息類型為Query_ Object

■ 002h：用于讀取對象，消息類型為Read_ Object

這些基礎 ID 通常用于應答式通信。例如，使用000h可發(fā)送 “Normal Sending” 類指令，如開啟遠程控制、設置電壓、啟動輸出等；而 001h 可用于查詢電壓等參數(shù)。

此外，還有用于循環(huán)讀取和發(fā)送指令的基礎 ID：

■ 100h系列：用于循環(huán)讀取，如：

100h：讀取狀態(tài)

101h：讀取實際值（電壓、電流、功率等）

102h：讀取設定值

■ 200h系列：用于循環(huán)發(fā)送，如：

200h：遠程控制與輸出控制

201h：設置電源設定值

202h：設置負載設定值

控制段

控制段中的 DLC（Data Length Code）用于指定數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。例如，在設置遠程開啟時若數(shù)據(jù)部分為5字節(jié)，則 DLC 應設為5。某些 CAN 通信軟件（如 PCAN-View）支持手動設置 DLC，如下表所示：

部分軟件默認 DLC 為 8，即數(shù)據(jù)段為 8 字節(jié)。若實際數(shù)據(jù)不足 8 字節(jié)，則低位以 0 填充。

數(shù)據(jù)段

本文以 8 字節(jié)標準幀為例。不同基礎 ID 對應的數(shù)據(jù)內容有所差異，但均表示對特定寄存器進行讀寫操作，具體方法將在 “實踐” 部分展開。

二

硬件與連接準備

EA 雙向直流電源及其它 EA 系列產品可通過選配 EA-IF-CAN 通信模塊（型號：EA-IF-AB-CAN，訂貨號：35400111）接入 CAN 總線。該模塊支持 CAN 2.0 A/B 標準，最高傳輸速率 1 Mbit/s，接口為 9 針 D-Sub 公頭。

若要通過電腦對電源進行控制與監(jiān)視，需額外配置USB-CAN通信模塊，使電腦也成為CAN總線上的一個節(jié)點。若USB-CAN模塊未內置120Ω終端電阻或未啟用電阻開關，則需在EA電源的CAN設置中開啟終端電阻。

三

軟件準備

■ Windows系統(tǒng)：可選用PCAN-View、PCAN-Explorer或Vector公司的CANoe等軟件。

■ Linux系統(tǒng)：可通過candump命令接收消息，cansend命令發(fā)送消息。

四

實踐操作

在 Windows 環(huán)境下使用 PCAN-View 進行通信

安裝驅動及軟件后，在設備管理器確認硬件識別正常。

打開PCAN-View，點擊菜單欄中的 “Client → Connect” 進行連接設置，之后通過 “Transmit → New Message” 編輯并發(fā)送CAN消息。

1. 寫入單個寄存器（Write Single Register）

以 EA PSB 10080-120 2U 雙向直流電源（80V, 120A, 3kW）為例，常見操作如下：

以第一行命令為例，“01 92”對應的是遠程控制的寄存器，“01”代表寄存器數(shù)量1，“FF 00”代表該寄存器的值：“開”。

電壓值的換算公式如下：

Voltage_hex = voltage_value × 52428 / nominal_voltage

以14V為例：

14 × 52428 / 80 = 9175（十進制）→ 轉十六進制為23D7。

2. 寫入多個寄存器

（Write Multiple Registers, WMR）

該操作常用于函數(shù)發(fā)生器設置，例如設置一個時長為6秒、幅值為10V的任意波形：

由于函數(shù)發(fā)生器中任意波的每一個序列設置，需要 32 個字節(jié)，放置在 16 個寄存器中，也就是每個寄存器容納 2 個字節(jié)。實際在通過 CAN 標準幀對寄存器設置時，每個標準幀（8 個字節(jié)）的后 4 個字節(jié)或字符（表格紅色字體），即為序列設置值，因此需要發(fā)送 8 個標準幀。具體幀的結構如下：

詳解：以表格中“03 84 10 FA 41 20 00 00”為例。“03 84” （10進制為900）是起始寄存器（Start reg.），通過該寄存器，可以對函數(shù)發(fā)生器中任意波的序列1進行設置。如要設置序列2, 則起始寄存器為 0x0394，也就是增加0x10個，對應10進制數(shù)，就是16個。

因設置值需要16個寄存器存放，Nr. of regs to write 也就是 0x10。

在 CAN 總線上，無法保證按照發(fā)送順序接收，因此引入一個標記 Marker 字節(jié)來解決此問題。

將一個超過4字節(jié)的信息，比如32字節(jié)的信息，分成8次發(fā)送，需要為每一個CAN標準幀做標記（Mark），按照倒序排列，第一個幀標記為FF，第八個幀為F8。這樣在接收方收到這些幀后，能正確按照排序組裝。舉例中的標記Marker為 “FA” ，表示第六。

設置值需符合 IEEE754 浮點數(shù)格式，可使用在線工具

（如https://www.h-schmidt.net /FloatConverter /IEEE754.html）進行轉換，或通過Python代碼實現(xiàn)：

coding=utf-8

import struct

def float_to_hex():

try:

# 提示用戶輸入一個浮點數(shù)

float_value = float(input("請輸入一個浮點數(shù):"))

# 將浮點數(shù)轉換為IEEE 754的32位十六進制表示

hex_representation = struct.pack('>f', float_value).hex().upper()

# 輸出大寫十六進制字符串

print ("對應的十六進制表示是: 0x" + hex_representation)

except ValueError:

print("輸入無效，請輸入一個有效的浮點數(shù)。")

if __name__ == "__main__":

float_to_hex()

3. 使用 PCAN-Explorer 導入 DBC 文件

PCAN-Explorer支持導入DBC文件，可更直觀地解析與發(fā)送消息。用戶可在項目視圖中導入為特定型號（如PSB 10080-120 2U）預定義的DBC文件，提升配置效率。

在 Linux 環(huán)境下進行 CAN 通信

首先設置CAN總線波特率：

sudo ip link set CAN0 up type can bitrate 500000

接收總線數(shù)據(jù)：

candump CAN0

示例輸出：

CAN0 101 [6] 23 D4 00 46 00 26

CAN0 101 [6] 23 D6 00 48 00 26

…

發(fā)送控制指令：

cansend CAN0 000#019201FF00 # 遠程打開

cansend CAN0 000#01F40123D7 # 設置電壓為14V

cansend CAN0 000#01F50101C4 # 設置電流為1A

cansend CAN0 000#019501FF00 # 打開輸出

｜結語｜

通過上述設置與操作，用戶可順利將EA雙向直流電源集成到CAN網絡中，實現(xiàn)靈活的遠程控制與實時監(jiān)控。合理運用CAN通信功能，將顯著提升測試自動化程度與系統(tǒng)集成效率。