CAN是一种性价比很高的串行总线,已经形成国际标准,被公认为几种最有前途的现场总线之一。由于采用了许多新技术及独特的设计,CAN总线与一般的通信总线相比,它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。正因如此,CAN的应用范围已经不再局限于最初的汽车行业,而是扩展到了机械工业、机器人、数控机床、医疗器械、家用电器、航空航天等诸多领域。复杂而恶劣的应用环境对CAN总线的可靠性提出了更高的要求。本文首先介绍了CAN总线的特点、CAN总线的技术现状以及发展前景,由CAN总线具体的应用环境及其错误检测机制分析出CAN在可靠性方面的不足,从而明确了CAN总线可靠性研究的意义;其次,深入地分析了CAN总线协议,主要包括报文传输、非破坏总线仲裁、错误处理、报文滤波等,虽然这些都已由CAN总线控制器实现,但是对CAN协议的深入理解有助于实际应用,比如通信方式的选择和应用层协议的制定;再次,对CAN总线驱动器PCA82C250、CAN总线通信介质进行建模,提出了极限情况下,包含N个节点的总线形、环形CAN网络的物理层模型。在此基础上,对CAN总线长度、网络节点数目作了详细的研究,分别得出了总线电缆电阻率、总线电缆横截面积、网络节点数目与CAN网络最大总线长度的关系;最后,从拓扑结构和冗余两个方面对CAN总线网络的可靠性作了深入的分析,由总线形、环形、冗余环形网络的拓扑结构得到相应的可靠性模型,对各自的可靠性进行了定量的描述,对比三种拓扑结构的可靠性,得出了冗余环形网络可靠性最高的结论。对无冗余、驱动器级冗余、控制器级冗余、系统级冗余的CAN总线的组成和可靠性进行了详细的阐述,并做了综合的比较。在此基础上,设计出基于两级CAN总线网络的集散灯光控制系统。介绍了系统功能、系统组成及系统工作原理,对CAN总线网络智能节点的软硬件设计做了详细的说明,对系统的应用层协议的制定原则、通信方式的选择、主备冗余切换及故障判断做了总结性研究。完成了各个部分的软硬件设计与调试,并取得了良好的实际效果,与理论分析结果一致。