以CAN与RS485为例总结各自优势 解疑“为什么CAN能取代RS485”

近年来CAN总线逐渐被工程师认知，并以其突出特点，逐渐在取代RS485等总线，本文将以CAN与RS485为例总结各自优势，为您解疑“为什么CAN能取代RS485”。

现场总线是90年代初国际上发展形成的，目前广泛应用于现场总线技术过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。

图1 点对点连接方式

采用点对点通讯时，连线多，线路复杂，两两连线需要两两连线，需要n（n-1）/2根线。

图2 总线连接方式

信息在一条公共通道上传输，信息接收者从通道上接收所有信息，并根据规则过滤发送给自己的信息。连线少，结构清晰，仅需≤n+1根线。

目前工业现场主流的总线方式包括RS232、RS485、CAN、Devicenet等，那么多总线类型，都有什么特点和应用呢？本文就以最常用的RS485和热门的CAN总线进行对比分析，帮助您选择更加合适的通讯方案。

图3 目前主流的现场总线

CAN是控制网络ControlAreaNetwork的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。

一、CAN 现场总线

图4 CAN在汽车网络拓扑结构

CAN总线特点：

国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高；

传输距离远（最远10Km），传输速率快（最高1MHz bps）；

单条总线最多可接110个节点，并可方便的扩充节点数；

多主结构，各节点的地位平等，方便区域组网，总线利用率高；

实时性高，非破坏总线仲裁技术，优先级高的节点无延时；

出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯；

报文为短帧结构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低；

自动检测报文发送成功与否，可硬件自动重发，传输可靠性很高；

硬件报文滤波功能，只接收必要信息，减轻cpu负担，简化软件编制；

通讯介质可用普通的双绞线，同轴电缆或光纤等；

CAN总线系统结构简单，有极高的性价比。

二、RS485 总线

RS-485是从 RS-422基础上发展而来的，可以采用二线与四线两种不同的方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，只能实现点对多点的通信。即只能有一个主设备（Master），其余为从设备（Slave）。

RS485接口标准特点：

RS-485的电气特性：两线间的电压差范围为±（2-6）V表示，接口信号电平降低，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接；

RS-485的数据最高传输速率为10Mbps；

RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好；

RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米。RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,但RS-485总线上任何时候只能有一发送器发送；

RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等优点就使其成为首选的串行接口；

RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，接口均采用屏蔽双绞线传输。

三、CAN 总线与RS485的比较

1、速度与距离：CAN与RS485以1Mbit/S的高速率传输的距离都不超过100M，可谓高速上的距离差不多。但是低速CAN以5Kbit/S时，距离可达10KM。而增强型RS485收发器在最低的速率时亦能传输超过10KM（都无中继），两者在长距离的传输上也难分伯仲。

图5 CAN长距离通讯优势在智能家居中应用

2、总线利用率：RS485是单主从结构，就是一个总线上只能有一台主机，通讯都由它发起的，它没有下命令，下面的节点不能发送，而且要发完即答，受到答复后，主机才向下一个节点询问，这样是为了防止多个节点向总线发送数据，而造成数据错乱。而CAN－bus是多主从结构，每个节点都有CAN控制器，多个节点发送时，以发送的ID号自动进行仲裁，这样就可以实现总线数据不错乱，而且一个节点发完，另一个节点可以探测到总线空闲，而马上发送，这样省去了主机的询问，提高了总线利用率，增强了快速性。所以在汽车等实性要求高的系统，都是用CAN总线，或者其他类似的总线。

3、错误检测机制：RS485只规定了物理层，而没有数据链路层，所以它对错误是无法识别的，除非一些短路等物理错误。这样容易造成一个节点破坏了，拼命向总线发数据（一直发1），这样造成整个总线瘫痪。所以RS485一旦坏一个节点，这个总线网络都挂。而CAN总线有CAN控制器，可以对总线任何错误进行检测，自动转换错误状态，适时关闭总线，进而保护总线。如果检测到其他节点错误或者自身错误，都会向总线发送错误帧，来提示其他节点，这个数据是错误的，大家小心。这样CAN总线一旦有一个节点程序跑飞了，它的控制器自动闭锁，保护总线。所以在安全性要求高的网路，CAN是很强的。

4、器件价格：随着CAN总线迅猛发展，目前CAN隔离收发器单价大有与RS485价格持平的趋势，RS485收发器逐渐失去价格优势。

5、开发难度：CAN具有完善的通信协议，底层机制由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，研发工程师只需要了解面向客户的应用层，从而大大降低了系统的开发难度，缩短了开发周期。而RS-485协议仅仅只有电气协议，客户开发需要自己开发链路层和应用层，开发难度较大。

四、总结对比