CAN總線知識(shí)介紹及新能源汽車電流傳感器調(diào)研報(bào)告-許超課件

CAN總線知識(shí)介紹及新能源汽車電流傳感器調(diào)研報(bào)告

許超2017.4.272024/12/11主要內(nèi)容:CAN總線知識(shí)介紹及與其他各類總線的比較新能源汽車領(lǐng)域電流傳感器調(diào)研2024/12/12什么是CAN?CAN是ControllerAreaNetwork的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。由德國電氣商博世公司在1986年率先提出。此后，CAN通過ISO11898及ISO11519進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。CAN協(xié)議經(jīng)過ISO標(biāo)準(zhǔn)化后有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn):ISO11898標(biāo)準(zhǔn)和ISO11519-2標(biāo)準(zhǔn)。其中ISO11898是針對(duì)通信速率為125Kbps~1Mbps的高速通信標(biāo)準(zhǔn)，而ISO11519-2是針對(duì)通信速率為125Kbps以下的低速通信標(biāo)準(zhǔn)。CAN具有很高的可靠性，廣泛應(yīng)用于:汽車電子、工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。2024/12/13CAN總線工作原理CAN總線標(biāo)準(zhǔn)包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層,其鏈路層定義了不同的信息類型、總線訪問的仲裁規(guī)則及故障檢測(cè)與故障處理的方式。1.當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。2.每組報(bào)文開頭的11位字符為標(biāo)識(shí)符(ID),定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí),這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。3.當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)要向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),該節(jié)點(diǎn)的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本節(jié)點(diǎn)的CAN芯片,并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；一旦該CAN芯片收到總線分配,就變?yōu)榘l(fā)送報(bào)文狀態(tài),該CAN芯片將要發(fā)送的數(shù)據(jù)組成規(guī)定的報(bào)文格式發(fā)出。此時(shí),網(wǎng)絡(luò)中其他的節(jié)點(diǎn)都處于接收狀態(tài),每個(gè)處于接收狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè),判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的,以確定是否接收它。2024/12/14CAN知識(shí)-幀種類CAN通信是以以下5種類型的幀進(jìn)行的:幀類型幀用途數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器?？偩€上傳輸?shù)拇蠖嗍沁@個(gè)幀。遙控幀用于接收單元向具有相同

標(biāo)識(shí)符的發(fā)送單元請(qǐng)求數(shù)據(jù)的幀錯(cuò)誤幀用于當(dāng)檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)向其它單元通知錯(cuò)誤的幀過載幀用于接收單元通知其尚未做好接收準(zhǔn)備的幀間隔幀用于將數(shù)據(jù)幀及遙控幀與前面的幀分離開來的幀2024/12/15CAN控制器與收發(fā)器CAN總線規(guī)范采用了OSI（OpenSystemInterconnectionReferenceModel，開放式通信系統(tǒng)互聯(lián)參考模型）的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有三種不同的器件與之相對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)物理層的是收發(fā)器；對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)鏈路層的是CAN控制器；應(yīng)用層上主要是用戶特殊的應(yīng)用，對(duì)應(yīng)的器件是微控制器。CAN控制器的作用:完成CAN規(guī)范所規(guī)定的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層大部分功能。有微處理器接口，易于連接單片機(jī)。結(jié)構(gòu)分兩種類型，獨(dú)立CAN控制器或集成CAN控制器的單片機(jī)2024/12/16CAN知識(shí)-物理層ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，物理層特征如圖所示:CAN控制器根據(jù)CAN_L和CAN_H上的電位差來判斷總線電平?？偩€電平分為顯性電平和隱性電平，二者必居其一。發(fā)送方通過使總線電平發(fā)生變化，將消息發(fā)送給接收方。顯性電平對(duì)應(yīng)邏輯:0CAN_H和CAN_L之差為2V左右。隱性電平對(duì)應(yīng)邏輯:1CAN_H和CAN_L之差為0V。顯性電平具有優(yōu)先權(quán),只要有一個(gè)單元輸出顯性電平,總線上即為顯性電平。而隱形電平則具有包容的意味,只有所有的單元都輸出隱性電平,總線上才為隱性電平（顯性電平比隱性電平更強(qiáng)）。另外,在CAN總線的起止端都有一個(gè)120Ω的終端電阻,來做阻抗匹配。2024/12/17CAN的特點(diǎn)-11、多主控制?？偩€空閑時(shí)，所有單元都可發(fā)送消息，而兩個(gè)以上的單元同時(shí)開始發(fā)送消息時(shí)，根據(jù)標(biāo)識(shí)符（ID，非地址）決定優(yōu)先級(jí)。兩個(gè)以上的單元同時(shí)開始發(fā)送消息時(shí)，對(duì)各消息ID的每個(gè)位進(jìn)行逐個(gè)仲裁比較。仲裁獲勝（優(yōu)先級(jí)最高）的單元可繼續(xù)發(fā)送消息，仲裁失利的單元?jiǎng)t立刻停止發(fā)送而進(jìn)行接收工作。2、系統(tǒng)柔軟性。連接總線的單元，沒有類似“地址”的信息(面向內(nèi)容的編址方案)，因此，可以在不修改軟硬件的情況下向CAN總線中加入新節(jié)點(diǎn)。3、速度快，距離遠(yuǎn)。最高1Mbps（距離<40M），最遠(yuǎn)可達(dá)10KM（速率<5Kbps）。4.具有錯(cuò)誤檢測(cè)、錯(cuò)誤通知和錯(cuò)誤恢復(fù)功能。所有單元都可以檢測(cè)錯(cuò)誤（錯(cuò)誤檢測(cè)功能），檢測(cè)出錯(cuò)誤的單元會(huì)立即同時(shí)通知其他所有單元（錯(cuò)誤通知功能），正在發(fā)送消息的單元一旦檢測(cè)出錯(cuò)誤，會(huì)強(qiáng)制結(jié)束當(dāng)前的發(fā)送。強(qiáng)制結(jié)束發(fā)送的單元會(huì)不斷反復(fù)地重新發(fā)送此消息直到成功發(fā)送為止（錯(cuò)誤恢復(fù)功能）。2024/12/18CAN的特點(diǎn)-25、故障封閉功能。CAN可以判斷出錯(cuò)誤的類型是總線上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如外部噪聲等）還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動(dòng)器故障、斷線等）。由此功能，當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，可將引起此故障的單元從總線上隔離出去。6.連接節(jié)點(diǎn)多。CAN總線是可同時(shí)連接多個(gè)單元的總線?？蛇B接的單元總數(shù)理論上是沒有限制的。但實(shí)際上可連接的單元數(shù)受總線上的時(shí)間延遲及電氣負(fù)載的限制。降低通信速度，可連接的單元數(shù)增加；提高通信速度，則可連接的單元數(shù)減少?？偨Y(jié)：正是因?yàn)镃AN協(xié)議的這些特點(diǎn)，使得CAN特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。2024/12/19CAN總線與其他常用總線的比較:總線類別通信方式數(shù)據(jù)線節(jié)點(diǎn)通信速度與通信距離應(yīng)用I2C-兩線式串行總線半雙工通信兩線式-SDA數(shù)據(jù)線-SCL時(shí)鐘線理論最大節(jié)點(diǎn)127個(gè)標(biāo)準(zhǔn)速度：100kbps快速模式：400kbps高速模式：3.4Mbps一般用于短距通信連接微控制器及其外圍設(shè)備SPI-串行外設(shè)接口全雙工通信四線式-MISO主入從出-MOSI主出從入-SCLK時(shí)鐘信號(hào)-CS從設(shè)備片選信號(hào)主從工作方式芯片與芯片之間的通信SPI一般是用于片間通信，不適合設(shè)備間通信，SPI最高已達(dá)到50Mbps，快于I2C應(yīng)用于EEPROM、FLASH、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、AD轉(zhuǎn)換器、還有數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器之間。RS485-串行通訊標(biāo)準(zhǔn)半雙工（常用）全雙工（不常用）常用的方式為兩線式-RX+和TX+并聯(lián)為Data+-RX-和TX-并聯(lián)為Data-一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)用特制的485芯片節(jié)點(diǎn)可達(dá)128、256、400個(gè)10米時(shí)，RS485傳輸速率可達(dá)35Mbps通信距離最長1200m時(shí)，傳輸速率可達(dá)100Kbps大量的儀器儀表PC與智能設(shè)備通訊，視頻監(jiān)控、門禁對(duì)講、樓宇報(bào)警等等CAN-控制器局域網(wǎng)絡(luò)半雙工通信兩線式-CAN_L和CAN_H數(shù)理論上是沒有限制最高1Mbps（距離<40M）最遠(yuǎn)可達(dá)10KM（速率<5Kbps）汽車電子、工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備2024/12/110常用的電流檢測(cè)方法有分流器、電流互感器、霍爾電流傳感器、磁通門電流傳感器、光學(xué)電流傳感器等等,但是在新能源汽車領(lǐng)域用的電流傳感器最多的是霍爾電流傳感器。汽車領(lǐng)域的霍爾電流傳感器一般分為一下三種磁平衡式霍爾電流傳感器原邊電流產(chǎn)生的磁通量與霍爾電壓經(jīng)放大產(chǎn)生的副邊電流通過副邊線圈所產(chǎn)生的磁通量相平衡。副邊電流精確的反映原邊電流的變化。直接放大式霍爾電流傳感器原邊電流產(chǎn)生的磁通聚集在磁路中,并經(jīng)霍爾元件在氣隙處進(jìn)行檢測(cè)?；魻栐妮敵鲭妷盒盘?hào)經(jīng)過處理,在傳感器輸出端輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào),該電壓信號(hào)精確地反映原邊電流變化。磁調(diào)制式電流傳感器磁調(diào)制電流傳感器利用高導(dǎo)磁鐵芯在內(nèi)部方波電壓激勵(lì)作用下的交替飽和特性,能夠快速將原邊電流信號(hào)通過等安匝原理快速調(diào)制到次邊線圈,使次邊線圈輸出電流能夠精確跟隨原邊電流信號(hào)的變化。

二:新能源汽車領(lǐng)域電流傳感器調(diào)研

2024/12/111電流傳感器國外相關(guān)公司產(chǎn)品:品牌

型號(hào)

產(chǎn)地

參數(shù)設(shè)計(jì)原理圖片LEM萊姆電子HAH1BVS/01瑞士測(cè)量范圍

:±300A精度:

3%

供電電壓:+5v工作溫度TA-40℃～+125℃重量：39gOpenloopHallEffect

（開環(huán)霍爾效應(yīng)）CAB300-C/SP3瑞士測(cè)量范圍

:±350A精度:

0.1%

供電電壓:8v-16

v工作溫度TA-40℃～+125℃重量：67gFluxgate（磁通門電流傳感器）DHABS/33瑞士測(cè)量范圍：±750A

精度1%

供電電壓：+5v工作溫度TA-40℃～+125℃重量：82gOpenloopHallEffect

（開環(huán)霍爾效應(yīng)）2024/12/112品牌

型號(hào)

產(chǎn)地

參數(shù)設(shè)計(jì)原理圖片Honeywell霍尼韋爾CSCA-A-B15B02美國測(cè)量范圍

:±600A精度:

2%

供電電壓:±15(±5%)V絕緣耐壓：3KV/50Hz/1min工作溫度TA-10℃～+80℃響應(yīng)時(shí)間：3~10us霍爾效應(yīng)開環(huán)電流傳感器CSNS300M-002S美國測(cè)量范圍

:±300A精度:

≤±0.75%

供電電壓:±12to±18Vdc±5%絕緣耐壓：6KV/50Hz/1min工作溫度：TA-40℃～85℃響應(yīng)時(shí)間：≤0.5μs霍爾效應(yīng)閉環(huán)電流傳感器基于磁場(chǎng)平衡原理CSNK500M美國測(cè)量范圍：±500A

精度：優(yōu)于±0.50%供電電壓:±15~18VDC（±5%）絕緣耐壓：6KV/50Hz/1min工作溫度TA-40℃～+85℃響應(yīng)時(shí)間：優(yōu)于1μs基于磁補(bǔ)償原理2024/12/113電流傳感器國內(nèi)相關(guān)公司產(chǎn)品:品牌

型號(hào)

公司

參數(shù)設(shè)計(jì)原理圖片昱恩YNC-T5上海昱恩科技有限公司測(cè)量范圍:±500A精度:±1%

電源電壓:±12V--±15V

工作溫度：TA-40℃～+125℃絕緣耐壓：3KV/50Hz/1min重量：65g開環(huán)型霍爾電流傳感器YNC-DC(2V)測(cè)量范圍:±800A精度:±1%

電源電壓VC：+5V（±5%）工作溫度：TA-40℃～+125℃絕緣耐壓：3KV/50Hz/1min重量：25g開環(huán)型霍爾電流傳感器YNC-LH測(cè)量范圍:±500A精度:±0.4%

電源電壓VC：（±5%）±15V--±24V工作溫度：TA-40℃～+125℃絕緣耐壓：6KV/50Hz/1min重量：280g基于磁平衡閉環(huán)型霍爾電流傳感器2024/12/114品牌

型號(hào)

公司

參數(shù)設(shè)計(jì)原理圖片中國中車NACA.500M-S5/SP1VA寧波中車時(shí)代傳感技術(shù)有限公司測(cè)量范圍:±500A精度:±1%

電源電壓5VDC工作溫度：TA-40℃～+125℃絕緣耐壓：2KV/50Hz/1min響應(yīng)時(shí)間：3~10us重量：<=55g直接放大式霍爾電流傳感器NACF.850J-S5/V測(cè)量范圍:±850A精度:±1%

電源電壓VC：+5V（±5%）工作溫度：TA-40℃～+125℃絕緣耐壓：6KV/50Hz/1min響應(yīng)時(shí)間：3~10us重量：55g直接放大式霍爾電流傳感器NACL.1000-S1測(cè)量范圍:±1000A精度:±0.5%

電源電壓VC：+5V（±5%）工作溫度：TA-40℃～+125℃隔離電壓：15KV/50Hz/1min響應(yīng)時(shí)間：1us重量：270g基于磁平衡霍爾電流傳感器2024/12/115品牌

型號(hào)

公司

參數(shù)設(shè)計(jì)原理圖片森社CHK-600Y4北京森社電子有限公司測(cè)量范圍:±600A精度:±1%

電源電壓5VDC工作溫度：TA-10℃～+70℃絕緣耐壓：5KV/50Hz/1min響應(yīng)時(shí)間：<=10us重量：110開環(huán)霍爾直測(cè)式原理CHF-400F/5v測(cè)量范圍:±40