1 导言
CAN是一种选用无破坏性位竞赛机制完结串行多主通讯的现场总线。因为具有抗干扰能力强、报文短、实时性好和组网本钱低一级长处，CAN总线被广泛地使用于环境恶劣、电磁辐射大、对牢靠性要求高的工业自动化现场和汽车部件操控等范畴。
最常用的CAN总线物理层传输介质是双绞线。ISO11898-2界说了以双绞线为介质的高速CAN总线物理层规范。在CAN总线中，网络可完结的最高速率与总线的尺度有关。例如当线缆长度不大于40 m时可完结的最高速率为1 Mb/s。实践使用时，以下几个原因会构成最高可完结速率的下降：
1)总线上接入的节点过多构成总线参数失配;
2)节点上加装的过压过流维护电路构成总线参数失配;
3)节点的地域散布过大，太长的电缆构成总线参数失配。此外，当总线的作业环境过于恶劣，如节点间的共模电位差超出物理层收发器材答应的最大值时，总线也不能正常作业。
光纤通讯具有速率高、抗电磁干扰能力强等一系列长处，但现在国际上还没有拟定出以光纤为传输介质的CAN总线物理层规范。因而研讨光纤CAN总线的组网办法，处理CAN总线的大容量和远距离组网问题。对促进新规范的构成具有十分重要的含义。
据有关材料报导光纤在CAN总线中的使用首要有以下几种计划：
1)单节点光纤阻隔计划：该计划类似于用光收发器和光纤对替换图l中1#节点中的一对光隔，处理超高电压等恶劣环境中单个节点的远距离阻隔问题一剖。2) 中继器计划：该计划中的2个双绞线CAN总线子网通过2台CAN中继器和1对光纤对相连。经特别规划的中继器能按捺互联环路中信号的自发自收构成自激阻塞网络现象。
3)环型组网计划：文献[9一12]介绍了构建CAN总线光纤环网和自愈环网的办法。这类环网首要适用于地域较广、接入节点较少和网速较低的场合。这类环网也存在信号传输环路，故也存在有或许自激构成网络阻塞的问题。此外环网案也不便于与双绞线CAN总线子网完结级联扩展。
4)星型组网计划：文献[13]介绍了一个简略的4节点星型拓扑结构的光纤CAN网络。文中并未对构成星型光纤CAN网络的一般作业原理、规划办法和网络扩展等问题展开评论。
本文在简述了双绞线CAN总线物理层的作业原理和首要特色根底之上，提出了一种依据光纤CAN总线集线器的具有星型拓扑结构的CAN总线组网计划。具体介绍了光纤CAN集线器的规划办法和作业原理，评论了2种依据集线器的级联扩展组网办法。实践规划了一个八口的集线器并对其通讯功能进行了开始测验，验证了这种组网计划的可行性。
2 双绞线介质CAN总线物理层的特色
图1是n个节点构成的双绞线介质CAN总线网络结构图。图中各节点中的微处理器未画出，节点CAN操控器通过光隔(也可以不用光隔)与CAN收发器相连后接到双绞线CANH、CANL上。CAN网络物理层中的Medium Dependent Interface和Physical Medium Attachment两个子层由CAN收发器完结;Physical Signaling子层则在CAN操控器中完结。数据链路层(包含LLC和MAC两个子层)也在CAN操控器中完结。
依据有关规范的规则，CAN操控器和收发器引脚TX和RX处的“隐性”位和“显性”位的信号电平别离界说为高电平“1”和低电平“0”。相应地总线上差分电压Vcanh-Vcaml>0界说为“显性”位，Vcanh-Vcaml=0界说为“隐性”位。
当多个节点竞赛总线操控权时，发送节点宣布的总线裁定位(ID号)信号在总线上与其他节点发送的位信号“线与”后，送到各个节点的操控器的RX端(也包含发送节点自身)，确保一切节点都能监听到总线上的状况。在总线上(由CAN收发器完结)“隐性”位与“显性”位“线与”的成果为“显性”位;“隐性”位与 “隐性”位“线与”依然为“隐性”位，确保了CAN总线多主无破坏性的位竞赛总线裁定机制在CAN操控器中的完结。
此外、因为CAN总线报文固有的位裁定、应对位和过错帧传输机制，数据位信号的传输方向即便在同一数据帧内也会发生变化，因而出现在总线上的每一位数据位必须在规则的时间内被总线上的一切节点(包含发送节点自身)正确接纳，通讯才可正常进行。这一特色也决议了CAN总线的网络半径与通讯速率成反比的联系。
综上所述双绞线介质CAN总线收发器完结物理层信号传输作业的3个首要特色为：
1)在CAN操控器的引脚TX、RX处和总线上合理地界说“隐性”位和“显性”位的信号电平;
2)多节点发送数据时要能完结位信号的“线与”;
3)一切节点(包含发送节点)在任何时刻都必须能监听到总线上的位信号。
3 光纤CAN总线集线器结构及其作业原理
选用光纤介质构成CAN总线网络时，保存图1所示节点中的CAN操控器，将双绞线CAN的物理层(包含光隔、CAN收发器和双绞线)用光收发模块、光纤和可以完结位信号“线与”的部件替换。新构成的物理层依然需求满意上述CAN总线信号传输的3个特色。
图2是本文提出的一种依据光纤CAN总线集线器的组网结构图。集线器具有n个光口和1个电扩展口。每个光口都有1对光电转化模块PIN和电光转化模块 LED，并通过l对光纤别离与光节点中的LED模块和PIN模块相连。光节点中只要CAN总线操控器(其他与CAN无关部分未画出)，其输入脚RX接 PIN的输出端，其输出脚TX接LED的输入端。集线器也可通过电口扩展电路与1个2对双绞线构成的CAN总线子网相连。
集线器的原理框图(虚线框内)如图3所示，由一片杂乱可编程器材CPLD、n个光电转化模块PIN、n个电光转化模块LED和电扩展口电路构成。n个 PIN的输出接CPLD的输入脚RX(1)?RX(n);CPLD的输出脚TX(1)?TX(n)接各个LED的输入端。
电口扩展电路由CAN收发器1、CAN收发器2、光隔1和光隔2构成，并通过2对双绞线与外部相连。收发器1只作业在接纳状况(TXl接“隐性”电平)，从双绞线1#(CANH1，CANL1)接纳到的信号通过收发器l和光隔1后抵达CPLD的RX(n+1)脚;收发器2只作业在发送状况(RX2悬空)，从CPLD的TX(n+1)脚宣布的信号通过光隔2和收发器2后抵达双绞线2#(CANH2，CANL2)。
