CAN-Bus Grundlagen

Um den Verkabelungsaufwand von Sensoren und Aktuatoren zu reduzieren wurde 1986 von Bosch zusammen mit Intel das Controller Area Network (CAN) nach 3 Jahren Entwicklung vorgestellt.

CAN ist die Basis für viele weitere sehr erfolgreiche Protokoll-Varianten.

CAN folgt weitgehend dem ISO/OSI Modell und ist in der ISO11898 seit 2003 genormt.

Physik

In den meisten Fällen kommt ein zwei-adriges verdrilltes Kupferkabel zum Einsatz. Optional sind zwei zusätzliche Adern für Masse und eine 5 V Spannungsversorgung. Es handelt sich um eine serielle, Halb-Duplex Übertragungstechnik.
Mögliche Übertragungsraten richten sich an der Leitungslänge aus. Je niedriger die Datenrate, desto höher die mögliche Leitungslänge. Zum Beispiel sind bei einer Datenraten von 500 kbit/s bis zu 100 m möglich, bei 125 kbit/s bis zu 500 m.
Am Anfang und am Ende der Bus-Linie sind Abschlusswiderstände von 120 Ohm erforderlich. Weitere mögliche physikalische Übertragungsmedien sind in der ISO11898-2/3/5 und der CiA303-1 genannt. Als Verbindungstechnik werden Sub-D Buchsen/Stecker, als auch Schraubklemmen, Schraubverbinder M8 oder M12 verwendet.

 

Topologie

CAN folgt als klassischer Feldbus der Linien-Topologie. Dabei sind Stichleitungen möglichst zu vermeiden. CAN arbeitet mit einem Producer/Consumer-System oder Broadcast-System.
Die Datenübertragungsrate wird entweder von den CAN-Teilnehmern automatisch detektiert oder muss am Gerät oder per Software eingestellt werden, so dass diese bei allen Teilnehmern im Netzwerk identisch ist.
Der Buszugriff erfolgt über eine Arbitierung. Dabei überwacht jeder Teilnehmer am Anfang der Übertragung den Bus. Sendet ein anderer Teilnehmer gleichzeitig, überschreibt das dominante Bit am Anfang einer Nachricht das rezessive Bit des anderen. Dies erkennt der Sender der überschriebenen Nachricht und bricht die Übertragung ab, um es später erneut zu versuchen.

Die Synchronisation aller Teilnehmer, z.B. für die Arbitrierung, beginnt bei Empfang des ersten dominanten oder rezessiven Bits.
Durch Bit-Stuffing innerhalb der CAN-Nachricht wird die Synchronisation aufrechterhalten. Dabei wird nach fünf Bits gleicher Polarität ein Bit mit umgekehrter Polarität eingefügt. Die CAN-Transceiver der Empfänger lösen dieses entsprechend wieder auf.

Nachrichten werden von Teilnehmern auf den Bus gesendet, alle Teilnehmer erhalten diese und entscheiden anhand des Object Identifiers ob die Nachricht auch für sie laut ihrer Konfiguration relevant ist oder nicht. Durch den Object Identifier wird die Priorität auf dem Bus festgelegt, je niedriger der Identifier desto höher die Priorität.

Es gibt zwei unterschiedliche Standards für Identifier:
Das Basisformat nutzt 11-Bit zur Nachrichtenidentifikation (CAN 2.0A)
Das erweiterte Format mit 29-Bit Identifier Länge (CAN 2.0B)

Die Nutzdatenlänge innerhalb einer Nachricht beträgt 0-64 Bit, also bis zu 8 Byte pro Nachricht maximal.

​​​​​​​Konfiguration

 

Konfiguriert werden müssen üblicherweise die Baudrate (wenn nicht automatisch detektiert), die zu sendenden und zu empfangenden CAN-Nachrichten (Identifier) und der Übertragungszyklus.

Varianten / Versionen

 

  • LowSpeed CAN arbeitet mit Übertragungsraten von bis zu 125 kBit/s
  • CAN FD (Flexible Datarate), von acht auf 64 Bytes erweiterte Nutzdatenlänge
  • CANopen
  • DeviceNet
  • J1939

Weitere Informationen:

CAN in Automation (CiA)
Internationale Anwender- und Herstellergruppe für das CAN-Netzwerk (Controller Area Network)

https://www.can-cia.org/

Anwendungsgebiete

Der CAN-Bus findet Anwendung in Fahrzeugen, Maschinen und Anlagen der Prozess- und Fertigungsindustrie, sowie Medizin-, Aufzug-, Bahn-, Raumfahrtechnik und vielen weiteren.

Unser CAN-Portfolilo:

Gateways

Konfigurierbares Gateway für freie Datenverwaltung
Galvanische 3-WegeTrennung
Max. 500 Bytes CAN-seitig

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CAN-basierende Absolutwert-Drehgeber
der Wachendorff Automation GmbH & Co. KG

Vollwellendrehgeber und Endhohlwellendrehgeber,
verschiedene Flanschtypen.

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