一種can總線中繼器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的一種CAN總線中繼器，包括單片機(jī)，電源模塊和兩組CAN總線通訊電路，單片機(jī)與CAN控制器相連，用以對兩組CAN總線通訊電路進(jìn)行管理和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)兩路CAN通道數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，通過獨(dú)立電源供電和光電隔離器，兩組CAN總線通訊電路各部件以及單片機(jī)實(shí)現(xiàn)完全的電氣隔離，可抑制電磁干擾，保護(hù)系統(tǒng)電路不受網(wǎng)絡(luò)影響，保護(hù)系統(tǒng)電路不受網(wǎng)絡(luò)影響，大大提高了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可能性，單片機(jī)連接有擴(kuò)展內(nèi)存，作為硬件緩沖器，數(shù)據(jù)流量大時(shí)，不失幀，不堵塞，滿足長距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?br> 【專利說明】—種CAN總線中繼器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及計(jì)算機(jī)測控【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種CAN總線中繼器。

【背景技術(shù)】
[0002]CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò))是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，CAN是一種多自助方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有很高的位速率、高抗電磁干擾性而且能夠檢測出任何錯(cuò)誤。CAN總線可以任意增加介電，無須改動硬件設(shè)置。CAN總線最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)IMbit/s (通信距離40m)。這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到1km時(shí)仍可提供高達(dá)5Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。它具有可掛接節(jié)點(diǎn)多、總線利用率高、錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制可靠、發(fā)送的信息遭到破壞后可自動重發(fā)、節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下自動退出總線等突出優(yōu)點(diǎn)。由于CAN總線具有很高的實(shí)時(shí)性能，它已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制和安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。CAN總線是現(xiàn)場總線技術(shù)中最成熟、最有發(fā)展前途的微處理器局部網(wǎng)絡(luò)。
[0003]基于上述CAN總線的優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境生態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，利用CAN總線集線器可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，環(huán)境生態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的項(xiàng)目要求非常的高，包括4套不同的自動監(jiān)測和控制設(shè)備，每個(gè)設(shè)備具有CAN總線接口，設(shè)備之間需要互相通信，同時(shí)也需要把監(jiān)測數(shù)據(jù)通過CAN總線實(shí)時(shí)傳輸?shù)较到y(tǒng)控制端服務(wù)器，通信傳輸距離達(dá)到了 1100米。在項(xiàng)目前期研究當(dāng)中，長線電纜以50kbit/s的通信速率無法與控制端服務(wù)器金星通信。而且由于通訊數(shù)據(jù)流量比較大，不宜再降低波特率傳輸，為了加大CAN總線通訊距離和提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，需要對現(xiàn)有的CAN總線中繼器進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的在于提供CAN總線中繼器，能夠接入多路數(shù)據(jù)輸入源，滿足長距離CAN總線通訊的需要。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]一種CAN總線中繼器，包括單片機(jī)，電源模塊和兩組CAN總線通訊電路，每組CAN總線通訊電路包括CAN收發(fā)器，光電隔離器和CAN控制器，所述CAN收發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端和輸出端經(jīng)過光電隔離器以后與CAN控制器的數(shù)據(jù)輸入端和數(shù)據(jù)輸出端相連，單片機(jī)與CAN控制器相連，用以對兩組CAN總線通訊電路進(jìn)行管理和監(jiān)控，所述電源模塊分別對單片機(jī)和兩組CAN總線通訊電路中的CAN收發(fā)器，光電隔離器和CAN控制器進(jìn)行獨(dú)立供電。
[0007]進(jìn)一步的，所述單片機(jī)包括數(shù)個(gè)I/O接口，單片機(jī)通過I/O接口與CAN控制器連接，每個(gè)I/O 口均連接有限流電阻，限流電阻連接LED指示燈。
[0008]進(jìn)一步的,所述單片機(jī)還連接有擴(kuò)展內(nèi)存,擴(kuò)展內(nèi)存地址與I/O接口--映射,單片機(jī)通過擴(kuò)展內(nèi)存訪問I/o接口。
[0009]進(jìn)一步的，所述單片機(jī)還連接有波特率撥碼開關(guān)，波特率撥碼開關(guān)連接有電阻，電阻與CAN控制器連接。
[0010]進(jìn)一步的，所述CAN控制器存儲有數(shù)個(gè)波特率預(yù)設(shè)值，所述波特率撥碼開關(guān)的撥碼值為數(shù)個(gè)波特率預(yù)設(shè)值中的一個(gè)。
[0011]進(jìn)一步的，所述單片機(jī)還連接有RS232模塊，RS232模塊提供接口以供計(jì)算機(jī)監(jiān)控中繼器工作狀態(tài)。
[0012]有益效果
[0013]1.本實(shí)用新型的一種CAN總線中繼器具有兩組CAN總線通訊電路，實(shí)現(xiàn)兩路CAN通道數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。
[0014]2.通過獨(dú)立電源供電和光電隔離器，兩組CAN總線通訊電路各部件以及單片機(jī)實(shí)現(xiàn)完全的電氣隔離，可抑制電磁干擾，保護(hù)系統(tǒng)電路不受網(wǎng)絡(luò)影響，大大提高了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可能性。
[0015]3.單片機(jī)連接有擴(kuò)展內(nèi)存，作為硬件緩沖器，保證在數(shù)據(jù)流量大時(shí)，不失幀，不堵塞。
[0016]4.兩組CAN總線通訊電路的通信速率單獨(dú)可調(diào)，可以將兩個(gè)不同通訊速率的CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。
[0017]5.LED指示燈具有系統(tǒng)運(yùn)行、總線收發(fā)和錯(cuò)位狀態(tài)指示功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型一種CAN總線中繼器的系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0019]圖2為本實(shí)用CAN控制器訪問擴(kuò)展內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0021]如圖1所示，圖1本實(shí)用新型的一種CAN總線中繼器的原理圖。
[0022]一種CAN總線中繼器，包括單片機(jī)11，電源模塊40和兩組CAN總線通訊電路20、30。單片機(jī)11控制并監(jiān)控兩組CAN總線通訊電路20、30的運(yùn)行，并且單片機(jī)11連接有外置的高速的可讀寫內(nèi)存11，第一組CAN總線通訊電路20包括CAN控制器21、光耦隔離器22和CAN收發(fā)器23，第二組CAN總線通訊電路30包括CAN控制器31、光耦隔離器32和CAN收發(fā)器33，電源模，40分別對單片機(jī)11、CAN控制器21、CAN控制器31、光耦隔離器22、光耦隔離器32、CAN收發(fā)器23和CAN收發(fā)器33進(jìn)行獨(dú)立供電。
[0023]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例,本實(shí)用新型的一種CAN總線中繼器采用Laboratories公司的高性能微控制器C8051F021作為單片機(jī)11的主控單元。C8051R)21具有與Intel的8051核心完全兼容的CIP-51微控制器內(nèi)核，是完整的混合信號SoC芯片。其采用高速流水線結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時(shí)間為I?2個(gè)時(shí)鐘周期，具有64KB可編程閃存和4KB的SRAM<X8051R)21具有最多22路的I/O接口，采用中斷方式與CAN控制器21、31連接。
[0024]為滿足兩組CAN總線通訊電路20、30的通訊數(shù)據(jù)總量大、爆發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)，C8051F021的震蕩頻率采用22.1184MHZ以提高運(yùn)行速度。同時(shí)為了緩和兩個(gè)CAN總線通訊電路20、30發(fā)送和接收的幀信息，C8051R)21擴(kuò)展了一片32KB/12ns的可讀寫擴(kuò)展內(nèi)存12，其占用的I/O空間地址范圍是OxOOOO?0x7FFF，用于讀取CAN控制器21、31傳送的數(shù)據(jù)。
[0025]C8051F021具有5個(gè)I/O端口用作兩個(gè)CAN收發(fā)器23、33端口的狀態(tài)指示，每個(gè)I/O端口通過限流電阻接一個(gè)LED，用來指示兩個(gè)CAN控制器23、33的工作狀態(tài)，在數(shù)據(jù)發(fā)送、接收或者出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，LED會閃亮報(bào)警，便于用戶了解CAN控制器21、31的工作狀態(tài)并進(jìn)行故障診斷。C8051R)21還具有8個(gè)10位ADC模擬輸入通道AINO?AIN7被用作波特率設(shè)置開關(guān)13。A/D的基準(zhǔn)電壓源采用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓2.43V，當(dāng)通道的輸入電壓〈0.5V時(shí)，程序判斷開關(guān)量輸入是O ;反之當(dāng)輸入電壓在0.5V和2.43V之間時(shí)，程序判斷是I。每個(gè)輸入通道的電壓值由分壓、上拉電阻和撥碼開關(guān)13共同決定。撥碼開關(guān)13的4位二進(jìn)制值對應(yīng)CAN收發(fā)器23、33端口通訊速率(5K?IMbps)中的16個(gè)預(yù)設(shè)值之一。兩個(gè)CAN收發(fā)器23、33端口的通訊速率可以設(shè)置成不同的值，但是要與外接的CAN通信設(shè)備一致。
[0026]CAN控制器21、31采用Philips公司的CAN控制器SJA1000。它可工作于BasocCAN模式或PeliCAN模式下，與Intel的8051核心的單片機(jī)11直接連接。SJA1000具有64字節(jié)的接收緩沖器，支持11位和29位ID，可熱插拔，支持CAN2.0B協(xié)議，僅依靠CAN控制器21、31本身的硬件電路就能夠?qū)崿F(xiàn)通訊幀的組織和發(fā)送。
[0027]如圖2所示，單片機(jī)11對CAN控制器21、31的訪問通過擴(kuò)展內(nèi)存來實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)CAN控制器21、31的I/O地址分別在擴(kuò)展內(nèi)存12映射有相應(yīng)的地址范圍，分別是0x8000?OxBFFF和OxCOOO?OxFFFF作為兩個(gè)CAN總線數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)121、122。CAN控制器21發(fā)送和CAN控制器31接收緩沖區(qū)域，物理上應(yīng)同屬于一個(gè)地址范圍，共享一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)121。同理，CAN控制器31發(fā)送和CAN控制器21接收緩沖區(qū)域，物理上應(yīng)同屬于一個(gè)地址范圍，共享一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)122。其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制如下:如果A側(cè)的CAN總線向單片機(jī)11發(fā)送數(shù)據(jù)，A側(cè)的CAN控制器21收到數(shù)據(jù)幀以后，單片機(jī)11將數(shù)據(jù)幀存入擴(kuò)展內(nèi)存的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中121 ;程序檢測到緩沖區(qū)121不為空時(shí)，即向B側(cè)的CAN控制器31發(fā)送A側(cè)接收到的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送指針加I，此時(shí)，CAN收發(fā)器33的端口就應(yīng)當(dāng)接收到CAN收發(fā)器端口 23轉(zhuǎn)發(fā)的禎。
[0028]為了提高數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)性，單片機(jī)11與CAN控制器21、31采取中斷方式通訊，兩個(gè)CAN控制器21、31的中斷輸出分別連接單片機(jī)11的INTO和INTl接口。CAN控制器21、31具有波特率寄存器，用以存儲CAN收發(fā)器23、33不同設(shè)置的通訊速率，波特率寄存器采用16MHz的晶振。CAN控制器21、31的硬件復(fù)位引腳由單片機(jī)11的一個(gè)I/O 口控制，為低電平時(shí)復(fù)位CAN控制器21、31。為了保證系統(tǒng)能夠可靠工作，并且提高干擾能力，CAN控制器21、31通過高速光耦隔離器22、32的隔離后與CAN收發(fā)器23、33通訊。需要注意的是兩組CAN總線通訊電路的光耦隔離器22、32所采用的5V電源40必須與CAN控制器21、31和單片機(jī)11的5V供電電源40完全隔離，兩個(gè)CAN收發(fā)器23、33也使用不同的隔離電源40，否則采用光耦隔離器22、32也就失去了意義。
[0029]CAN 收發(fā)器 23、3 采用 PHILIPS 公司的 TJA1040。TJA1040 是 CAN 控制器 21、31 和物理總線之間的接口芯片，速度可達(dá)1Mbps。TJA1040為CAN總線通訊電路提供兩組差動的發(fā)送和接收功能。TJA1040的引腳CANL和CANH之間增加了一個(gè)一階RC低通濾波器，以抑制高頻干擾信號，RC低通濾波器還串聯(lián)了一個(gè)50mA的自恢復(fù)保險(xiǎn)，可有效總線上的尖峰脈沖。CAN收發(fā)器23、33還連接有120Ω的終端電阻，終端電阻上設(shè)有一個(gè)跳線，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要利用跳線決定是否啟用終端電阻。
[0030]為了調(diào)試方便，單片機(jī)的11的UARTO接口還連接有MAX3232芯片14，與控制端的PC機(jī)RS232端口連接，監(jiān)視CAN總線中繼器的工作狀態(tài)，如有異常狀態(tài)發(fā)生，將向計(jì)算機(jī)發(fā)送相關(guān)信息。
[0031]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種CAN總線中繼器，其特征在于，包括單片機(jī)，電源模塊和兩組CAN總線通訊電路，每組CAN總線通訊電路包括CAN收發(fā)器，光電隔離器和CAN控制器，所述CAN收發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端和輸出端經(jīng)過光電隔離器以后與CAN控制器的數(shù)據(jù)輸入端和數(shù)據(jù)輸出端相連，單片機(jī)與CAN控制器相連，用以對兩組CAN總線通訊電路進(jìn)行管理和監(jiān)控，所述電源模塊分別對單片機(jī)和兩組CAN總線通訊電路中的CAN收發(fā)器，光電隔離器和CAN控制器進(jìn)行獨(dú)立供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CAN總線中繼器，其特征在于，所述單片機(jī)包括數(shù)個(gè)I/O接口，單片機(jī)通過I/O接口與CAN控制器連接，每個(gè)I/O 口均連接有限流電阻，限流電阻連接LED指示燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種CAN總線中繼器，其特征在于，所述單片機(jī)還連接有擴(kuò)展內(nèi)存，擴(kuò)展內(nèi)存地址與I/o接口一一映射，單片機(jī)通過擴(kuò)展內(nèi)存訪問I/O接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CAN總線中繼器，其特征在于，所述單片機(jī)還連接有波特率撥碼開關(guān)，波特率撥碼開關(guān)連接有電阻，電阻與CAN控制器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種CAN總線中繼器，其特征在于，所述CAN控制器存儲有數(shù)個(gè)波特率預(yù)設(shè)值，所述波特率撥碼開關(guān)的撥碼值為數(shù)個(gè)波特率預(yù)設(shè)值中的一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CAN總線中繼器，其特征在于，所述單片機(jī)還連接有RS232模塊，RS232模塊提供接口以供計(jì)算機(jī)監(jiān)控中繼器工作狀態(tài)。
【文檔編號】H04L12/40GK203933666SQ201420225762
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】胡嘯鷹 申請人:上海至信實(shí)業(yè)股份有限公司