Khái Niệm Cơ Bản Về Giao Tiếp CAN - Bkaii

CAN Bus là gì? Khái niệm cơ bản & nguyên lý truyền thông CAN trong công nghiệp

CAN (Controller Area Network) là một trong những chuẩn truyền thông quan trọng trong lĩnh vực hệ thống nhúng và tự động hóa công nghiệp. Bên cạnh các chuẩn vật lý phổ biến như RS232, RS485, Ethernet hay các giao thức quen thuộc như Modbus RTU, Modbus TCP, giao tiếp CAN bus từ lâu đã trở thành nền tảng truyền thông chủ đạo trong ngành công nghiệp ô tô và ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp, y tế, máy móc sản xuất và các hệ thống điều khiển thời gian thực.

Trong bài viết đầu tiên của Series chuyên sâu – CAN Bus, BKAII sẽ cùng bạn tìm hiểu các khái niệm cơ bản về giao tiếp CAN, nguyên lý hoạt động, đặc điểm kỹ thuật và lý do vì sao CAN được đánh giá cao về độ tin cậy, khả năng mở rộng và tính thời gian thực.

📌 Bài viết này thuộc Series: Series chuyên sâu – CAN Bus: Nền tảng truyền thông cho điều khiển & nhúng công nghiệp

CAN là gì? Tổng quan về giao thức Controller Area Network

CAN (Controller Area Network) là một giao thức truyền thông bus nối tiếp được phát triển bởi Bosch vào đầu những năm 1980 và sau đó được chuẩn hóa theo các tiêu chuẩn ISO 11898 và ISO 11519. CAN được thiết kế nhằm cho phép các bộ điều khiển điện tử (ECU) trao đổi dữ liệu nhanh, ổn định và tin cậy trong môi trường có nhiễu điện từ cao.

Trong những năm đầu của ngành công nghiệp ô tô, mỗi chức năng như động cơ, phanh, điều hòa hay cửa xe thường sử dụng các bộ điều khiển độc lập. Việc kết nối các bộ điều khiển này thông qua mạng CAN giúp giảm số lượng dây dẫn, tăng khả năng mở rộng hệ thống và đơn giản hóa quá trình chẩn đoán lỗi, tất cả đều được điều khiển tập trung bởi ECU.

Lịch sử phát triển và ứng dụng của CAN bus

• Bộ chuyển đổi RS232 / Ethernet / USB – CAN của hãng ADFweb – Ý
• Bộ chuyển đổi BACnet / CAN của hãng ADFweb – Ý

Ban đầu, giao tiếp CAN được phát triển chủ yếu cho ngành công nghiệp ô tô, ứng dụng trên xe con, xe tải, tàu thủy và các phương tiện cơ giới khác. Ngày nay, CAN đã vượt ra ngoài lĩnh vực ô tô và trở thành một phần quan trọng trong các hệ thống điều khiển nhúng (networked embedded control), bao gồm tự động hóa công nghiệp, y tế, máy dệt, máy đóng gói và dây chuyền sản xuất.

CAN cung cấp một cơ chế truyền thông hiệu quả giữa cảm biến, cơ cấu chấp hành, bộ điều khiển và các nút mạng trong các ứng dụng yêu cầu thời gian thực, đồng thời nổi bật với tính đơn giản, độ tin cậy cao và hiệu suất ổn định.

Nguyên lý hoạt động của CAN bus

Topo bus và cơ chế multi-master

CAN sử dụng cấu trúc bus tuyến tính, chỉ cần hai dây tín hiệu (CANH và CANL) để truyền dữ liệu. Mạng CAN hoạt động theo cơ chế đa chủ (multi-master), trong đó mọi thiết bị đều có thể gửi hoặc nhận dữ liệu khi bus rỗi. Tại một thời điểm, chỉ có một nút được phép truyền, các nút còn lại ở trạng thái lắng nghe.

Cơ chế tranh quyền (Arbitration) trong CAN

Khi có nhiều thiết bị cùng lúc gửi dữ liệu, CAN sử dụng cơ chế arbitration dựa trên mức ưu tiên thông điệp. Thông điệp có độ ưu tiên cao hơn sẽ tiếp tục truyền, các nút còn lại tự động chuyển sang chế độ nhận mà không gây mất dữ liệu hay lỗi truyền thông.

Cơ chế này dựa trên giao thức CSMA/CD+AMP (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection and Arbitration on Message Priority), tương tự Ethernet nhưng được tối ưu cho môi trường thời gian thực.

Các phiên bản giao thức CAN: CAN 2.0A và CAN 2.0B

Về cơ bản, CAN có hai phiên bản chính: CAN 2.0A với bộ định danh 11 bit và CAN 2.0B với bộ định danh mở rộng 29 bit. Bộ điều khiển CAN 2.0B hoàn toàn tương thích ngược với CAN 2.0A, cho phép truyền và nhận dữ liệu ở cả hai định dạng.

Ưu điểm nổi bật của giao thức CAN

• Hỗ trợ kiến trúc đa chủ (multi-master)
• Không sử dụng địa chỉ thiết bị, truyền thông dựa trên thông điệp
• Cơ chế arbitration đảm bảo dữ liệu ưu tiên cao luôn được truyền
• Hỗ trợ RTR – Remote Transmission Request
• Khả năng phát hiện và xử lý lỗi ở mức phần cứng
• Độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp
• Hỗ trợ gắn nóng (hot-pluggable)

Tốc độ truyền và chiều dài bus CAN

Theo tiêu chuẩn ISO 11898, CAN có thể truyền ở tốc độ 1 Mbps với chiều dài bus tối đa khoảng 40 m. Khi cần truyền xa hơn, tốc độ bus phải giảm. Ví dụ, với chiều dài bus khoảng 1000 m, tốc độ truyền tối đa chỉ còn khoảng 40 kbps.

📌 Bài tiếp theo trong Series: Tầng vật lý CAN: CAN_H, CAN_L, termination 120Ω & topology mạng CAN Xem thêm:

• Bitrate & Timing CAN Bus – Sample Point, Clock Tolerance & Lỗi Đồng Bộ
• Bộ chuyển đổi CAN sang Modbus ADFweb – Giải pháp Gateway CAN ↔ Modbus RTU/TCP cho máy móc
• CAN / CAN Converter / Bridge của hãng ADFweb - Ý

BKAII – Thiết bị truyền thông TỐT nhất với giá CẠNH TRANH nhất