一种CAN总线数据记录仪的制作方法

一种can总线数据记录仪
技术领域
1.本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种can总线数据记录仪。


背景技术：

2.can(controller area network)控制器局域网络是一种高性能、高可靠性、易开发低成本的现场总线在全球得到广泛应用，也是最早在我国应用的现场总线之一。can是1983年德国bosch公司为解决众多的测量控制部件之间的数据交换问题而提出。最初can总线作为汽车的监控、控制系统而设计，在车载各电子控制装置ecu之间交换信息，形成汽车电子控制网络。现在由于can总线自身的特点，其应用领域已由汽车行业扩展到过程工业、机械工业、机器人和楼宇自动化等领域。can总线数据记录仪能够在汽车、工控等can总线技术进行实时采集对于汽车等设备故障维修和研究有着重要的意义。
3.现有的can总线数据记录仪产品通常使用usb接口作为上行端数据接口，传输带宽较低，无法一次性导出大批量数据。现有类似产品内部设计简单，仅为简单的存储功能，不具备通过can总线及以太网接口的对时、守时功能，同时也无法实现两种协议网络之间数据的实时转换。现有设备不具备掉电延时的功能，使用时随其余设备同时断电，会丢失掉电瞬间总线上的数据。现有设备结构设计简单经济，无法用于严苛场景下使用，不能很好的适应高温、高湿、强振动的场景下使用。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的问题，本实用新型实施例提供一种can总线数据记录仪，所述can总线数据记录仪包括：处理器模块、存储模块、 can接口模块、eth接口模块、电源模块、掉电延时模块及连接器模块；其中：所述处理器模块和所述can接口模块、所述eth接口模块及所述存储模块分别连接，所述can接口模块通过所述连接器模块连接can接口，所述eth接口模块通过所述连接器模块连接eth接口；所述电源模块通过所述连接器模块连接外部供电电源，进而为can 总线数据记录仪供电；所述掉电延时模块包括超级电容模块和电压监控模块；所述超级电容模块连接所述电源模块，用于在所述电源模块掉电时为所述电源模块供电，进而通过所述电源模块继续为can总线数据记录仪供电；所述电压监控模块连接所述处理器模块，用于在所述电源模块掉电时发送中断信号给所述处理器模块。
5.进一步地，所述处理器模块用于接收所述can接口模块发送的 can总线数据，并将所述can总线数据实时发送至所述eth接口模块，以供所述eth接口模块将所述can总线数据通过所述eth接口实时发送至主控设备；以及，接收所述eth接口模块发送的以太网数据，并将所述以太网数据实时发送至所述can接口模块，以供所述 can接口模块将所述以太网数据通过所述can接口实时发送至can 设备。
6.进一步地，所述can总线数据记录仪还包括rtc模块，所述rtc 模块连接所述处理器模块，用于向所述处理器模块输出时间信息；所述存储模块用于接收所述can总线数据及所述以太网数据，通过所述处理器模块获取所述can总线数据及所述以太网数据的所述时
间信息，并分别对应存储。
7.进一步地，所述处理器模块还用于向所述rtc模块发送授时信息，以对所述rtc模块进行时间校正。
8.进一步地，每个所述can接口模块对应连接至少一个所述can 设备。
9.进一步地，所述处理器模块还用于接收所述中断信号以及将掉电后总线上传输的所有数据存储到所述存储模块。
10.进一步地，所述can总线数据记录仪的外壳的材料为铝材，所述外壳一体成型，接缝处通过导电棉条及交错的结构设计实现电磁屏蔽和密闭性能。
11.进一步地，所述处理器模块通过隔离芯片及所述连接器模块连接调试接口，所述调试接口用于上报can设备状态信息至所述处理器模块，以及接收所述处理器模块的调试命令。
12.进一步地，所述连接器模块通过航空插座及引线与所述eth接口模块、所述can接口模块及所述电源模块互联。
13.本实用新型实施例通过以太网作为上行端数据接口，增大了传输带宽，可以一次性导出大批量数据，提高了数据传输效率；并且，通过can、eth对时、守时，can与eth之间数据实时转换，掉电延时，环境适应能力强。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本实用新型一实施例提供的can总线数据记录仪的结构示意图；
16.图2是本实用新型另一实施例提供的can总线数据记录仪的结构示意图；
17.图3是本实用新型另一实施例提供的can总线数据记录仪的部分结构示意图；
18.图4是本实用新型另一实施例提供的can总线数据记录仪的结构示意图；
19.图5是本实用新型另一实施例提供的can总线数据记录仪的结构示意图；
20.图6是本实用新型一实施例提供的can总线数据记录仪的工作流程示意图。
具体实施方式
21.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.图1是本实用新型一实施例提供的can总线数据记录仪的结构示意图。如图1所示，所述can总线数据记录仪包括处理器模块1、存储模块2、can接口模块3、eth接口模块4、电源模块7、掉电延时模块8及连接器模块5；其中：所述处理器模块1和所述can接口模块3、所述eth接口模块4及所述存储模块2分别连接，所述can接口模块3通过所述连接器模块5连接
can接口，所述eth接口模块4 通过所述连接器模块5连接eth接口；所述电源模块7通过所述连接器模块5连接外部供电电源，进而为can总线数据记录仪供电；所述掉电延时模块8包括超级电容和电压监控芯片；所述超级电容连接所述电源模块7，用于在所述电源模块7掉电时为所述电源模块7供电，进而通过电源模块7继续为can总线数据记录仪供电；所述电压监控芯片连接所述处理器模块1，用于在所述电源模块7掉电时发送中断信号给所述处理器模块1。
23.本实用新型实施例中设置eth接口模块4，并通过连接器模块5 连接eth接口，eth接口可以连接主控设备(可以是pc机)。eth 接口模块4提供以太网接入功能，使处理器模块1能收发以太网数据。 can接口模块3提供can设备接入功能，使处理器能收发can总线数据。存储模块实现数据缓存、程序存储和数据存储功能。存储模块2 包含ddr器件、nor flash器件和nand flash器件。处理器模块1可以接收can接口模块3发送来的can总线数据，并存储入存储模块2，在接收到eth接口模块4发送的数据查询请求时，将相应数据通过eth接口模块4发送至对应的主控设备。
24.掉电延时模块8通过超级电容为设备供电，并且实现电源模块7 的掉电检测功能(可以通过监测处理器模块1的电压实现)，一旦外部电源供电断开，掉电延时模块8会第一时间将掉电信息上报给处理器模块1并通过掉电延时模块8为整个产品供电，为掉电后的处理器模块1提供数据处理和记录的时间。
25.本实用新型实施例通过以太网作为上行端数据接口，增大了传输带宽，可以一次性导出大批量数据，提高了数据传输效率；并且，通过can、eth对时、守时，can与eth之间数据实时转换，掉电延时，环境适应能力强。
26.进一步地，基于上述实施例，所述处理器模块1用于接收所述can 接口模块3发送的can总线数据，并将所述can总线数据实时发送至所述eth接口模块4，以供所述eth接口模块4将所述can总线数据通过所述eth接口实时发送至主控设备；以及，接收所述eth 接口模块4发送的以太网数据，并将所述以太网数据实时发送至所述can接口模块3，以供所述can接口模块3将所述以太网数据通过所述can接口实时发送至can设备。
27.现有的数据记录仪产品通常为单纯的数据记录功能，功能单一无创新。除了具有数据记录仪的一般功能外，本实用新型实施例提供的 can总线数据记录仪还具有以太网接口到can接口的实时数据转换功能。处理器模块1收到can接口和以太网接口(eth接口)的数据时先将数据缓冲至存储模块2的ddr模块，若数据是通过以太网接口发来的，解析以太网口数据后得出相应的can接口id再将数据净荷封装成can接口的帧格式通过对应的can接口发出。若数据是通过 can接口发来的，那么处理器模块1将几个can接口数据原封不动的打包后通过以太网接口发出。从而实现以太网接口到can接口的实时数据转换功能。
28.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例不仅实现数据记录仪的一般功能，还实现了以太网接口到can接口的实时数据转换功能，丰富了数据记录仪的功能。
29.图2是本实用新型另一实施例提供的can总线数据记录仪的结构示意图。如图2，所述can总线数据记录仪还包括rtc模块6，所述 rtc模块6连接所述处理器模块1，用于向所述处理器模块1输出时间信息；所述存储模块2用于接收所述can总线数据及所述以太网数据，通过所述处理器模块1获取所述can总线数据及所述以太网数据的所述时间信息，并分别对应存储。
30.所述can总线数据记录仪还包括rtc模块6，rtc模块6连接所述处理器模块1。rtc模块6实现计时功能，输出年月日时分秒等信息。rtc模块6可以配置有独立的供电电池，处理器模块1可以获取 rtc模块6提供的时间。
31.存储模块2用于接收所述can总线数据及所述以太网数据，通过所述处理器模块1获取所述can总线数据及所述以太网数据的所述时间信息，并分别对应存储。即将can总线数据和can总线数据的获得时间对应存储，将以太网数据和以太网数据的获得时间对应存储。
32.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例通过将can总线数据及以太网数据与相应的时间信息分别对应存储，有利于数据查询。
33.进一步地，基于上述实施例，所述处理器模块1还用于向所述rtc 模块6发送授时信息，以对所述rtc模块6进行时间校正。
34.现有的数据记录仪产品基本无授时、校准的功能，产品自守时在长时间运转下会出现时间偏差，导致数据记录的时间存在绝对误差。
35.处理器模块1可以获取rtc模块6提供的时间，也可以校正rtc 模块6的时间。比如，处理器模块1可以通过接收外部配置命令(通过任意can接口或者以太网接口均可)，解析命令后完成相关设备配置工作，例如rtc时钟校准。
36.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例通过处理器模块向 rtc模块发送授时信息，实现了rtc时钟校准。
37.进一步地，基于上述实施例，每个所述can接口模块3对应连接至少一个所述can设备。
38.每个所述can接口模块3通过连接器模块5不一定只对应连接一个所述can设备，还可以连接2个、3个等can设备，具体可根据需要设定。
39.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例通过多个can设备共同连接一个can接口模块，减少了系统成本及体积。
40.图3是本实用新型另一实施例提供的can总线数据记录仪的部分结构示意图。图3示出了电源模块7及掉电延时模块8的一种电路结构，以及电源模块7、掉电延时模块8及处理器模块1三者之间的连接方式。当正常工作时，电源模块7为掉电延时模块8的超级电容供电，当电源模块7掉电时，由于二极管的阻断作用，超级电容为dc
‑
dc模块供电，进而通过dc
‑
dc模块为处理器模块1供电。并且，电压监控芯片实时监测处理器模块1的电压变化，并在处理器模块1的电压小于预设阈值时发送中断信号(int信号)给处理器模块1，以告知处理器模块1发生掉电事故。
41.其中，超级电容可以采用钽电容，电容值可以为40000uf；电压监控芯片可以采用光耦实现隔离，dc
‑
dc模块可以采用大功率模块实现电源供给，滤波器可以采用集成好的电源滤波器搭配特定的滤波电路设计实现。
42.在上述实施例的基础上，本实用新型通过设置掉电延时模块，实现了掉电后的短暂供电，有利于保存断电时未保存数据，提高系统可靠性。
43.进一步地，基于上述实施例，所述处理器模块1还用于接收所述中断信号以及将掉电后总线上传输的所有数据存储到所述存储模块2。
44.所述处理器模块1接收到掉电延时模块8发送的中断信号后，便获知发生了掉电故
障。掉电延时模块8通过中断方式通知系统进入紧急掉电流程，掉电延时模块发出中断后至少可以维持设备正常运行 500ms，处理器模块1将掉电后待存储的数据存储到存储模块2的 nand flash中，确保数据不会丢失，然后释放系统资源完成掉电流程。
45.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例通过存储掉电后数据，提高了系统可靠性。
46.进一步地，基于上述实施例，所述can总线数据记录仪的外壳的材料为铝材，所述外壳一体成型，接缝处通过导电棉条及交错的结构设计实现电磁屏蔽和密闭性能。
47.现有的数据记录仪产品一般容量较低、外壳通常为abs塑料环境适应性较差，无法应用于要求严苛的装备、武器环境中。
48.本实用新型实施例提供的can总线数据记录仪的外壳的材料为铝材，所述外壳一体成型，接缝处通过导电棉条及交错的结构设计，比如将导电棉条置于导电棉条槽位中，并使得导电棉条处于接缝处，进一步接缝处采用交错的结构设计实现咬合，由此实现电磁屏蔽和密闭性能，适用于车载、舰载等高可靠应用场景。
49.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例通过外壳采用铝材及接缝处通过导电棉条及交错的结构设计，实现电磁屏蔽和密闭性能，增强了can总线数据记录仪的emi、emc性能提高了设备的电磁环境适应性。
50.进一步地，基于上述实施例，所述处理器模块1通过隔离芯片及所述连接器模块5连接调试接口，所述调试接口用于上报can设备状态信息至所述处理器模块1，以及接收所述处理器模块1的调试命令。
51.调试接口通过隔离芯片如rs422引出。隔离芯片主要用于进行电平转换及电器隔离。can总线数据记录仪通过调试接口可以上报设备信息，也可以通过一些简单的命令对设备状态和外设接口状态进行查询和调试。
52.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例通过设置调试模块，有利于实现调试功能。
53.进一步地，基于上述实施例，所述连接器模块5通过航空插座及引线与所述eth接口模块4、所述can接口模块3及所述电源模块7 互联。
54.所述连接器模块5可以通过航空插座及引线与所述eth接口模块 4、所述can接口模块3、所述电源模块7及所述调试模块互联。当然，还可以采用其他的连接形式。
55.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例连接器模块通过航空插座及引线与eth接口模块、can接口模块及电源模块互联，提高了连接可靠性。
56.图4是本实用新型另一实施例提供的can总线数据记录仪的结构示意图。如图4所示，所述can总线数据记录仪包括存储模块、rtc (real_time clock，实时时钟)模块、监控模块、时钟模块、复位模块、处理器模块、eth接口模块、can接口模块、rs422模块、电源模块、掉电延时模块和连接器模块。其中：
57.存储模块实现数据缓存、程序存储和数据存储功能。存储模块包含ddr器件，nor flash器件和nand flash器件。rtc模块实现计时功能，输出年月日时分秒等信息。rtc模块配置有独立的供电电池，处理器模块可以获取rtc模块提供的时间，也可以校正rtc模块的时间。监控模块实现对电源模块输出的各类电源的监控。处理器模块可以获取到对应的电压、电流值和温度等数值。时钟模块实现输出高稳定度的时钟，驱动处理器模块正常工作。
复位模块实现上电复位和看门狗功能。处理器模块实现对存储模块的存储操作，对rtc模块的操作，读取监控模块的数据，接收时钟模块和复位模块的驱动，与can接口模块和eth接口模块的数据通信。eth接口模块提供以太网接入功能，使处理器模块能收发以太网数据。can接口模块提供 can设备接入功能，使处理器模块能收发can总线数据。电源模块通过导线与连接器模块连接，电源模块给数据记录仪除连接器模块外的其他模块供电。掉电延时模块通过超级电容为设备供电，并且实现电源模块的掉电检测功能，一旦外部电源供电断开，掉电延时模块会第一时间将掉电信息上报给处理器模块并通过掉电延时模块为整个产品供电，为掉电后的处理器模块提供数据处理和记录的时间。连接器模块通过航空插座及引线与eth接口模块，can接口模块和电源模块互联，提供数据记录仪对外接口。
58.图5是本实用新型另一实施例提供的can总线数据记录仪的结构示意图。如图5所示，序号“10”为电源连接器，使用时通过航空插头连接外部电源线缆，实现对产品的电源供给，供电电压范围18v～ 36v；序号“20”“30”“40”为can接口连接器，其中“20”中包含 can0、can1两个can总线接口，“30”中包含can2、can3两个 can总线接口，“40”中包含can4、can5两个can总线接口。综上所述，本产品共包含6路can总线接口，可分别连接不同的can 总线同时实现6路can总线的数据记录和监控的功能。
59.序号“50”为以太网接口连接器，使用过程中通过航空插头连接主控单元的以太网接口或者pc的以太网接口。进一步连接适配的数据处理软件等实现本产品的状态监控、配置信息读写、数据导出等功能。本产品以太网接口可实现10/100/1000base
‑
t自适应。
60.序号“60”为调试接口，通过隔离rs422引出。通过此接口可以上报设备信息，也可以通过一些简单的命令对设备状态和外设接口状态进行查询和调试。
61.本产品作为数据记录仪工作时：
62.通过“10”接口进行电源供给支撑设备的正常运行。
63.通过“20”“30”“40”接口的6路can接口监控各自连接的can 总线，将can总线上收发的数据信息搬运到ddr中同时读取rtc模块当时的时间信息，将数据信息与时间信息组包后写入到 nand_flash中完成一轮数据存储的操作。
64.通过“50”接口可实现每秒对产品自检信息进行上报，也可通过此接口下发当前系统时间对rtc进行校准，也可以通过此接口下发 can接口配置信息动态的对6路can接口进行配置。
65.通过“50”接口下发读取数据指令，可以读取指定的时间内监测到的所有can总线数据，读取到的数据包含帧类型、帧id、帧数据长度、帧数据内容、时间戳等关键信息。
66.通过“60”接口可实现调试命令的输入和产品状态、功能的调试。
67.本产品作为以太网转can设备工作时：
68.通过“10”接口进行电源供给支撑设备的正常运行。
69.通过“20”“30”“40”接口实现can总线数据的收发，通过“50”接口实现以太网数据的收发。处理器模块收到can接口和以太网接口的数据时先将数据缓冲至ddr模块，若数据是通过以太网接口发来的，解析以太网口数据后得出相应的can接口id再将数据净荷封装成 can接口的帧格式通过对应的can接口发出。若数据是通过can接口发来的，那么处理器将几个can接口数据原封不动的打包后通过以太网接口发出。从而实现以太网到can接口的实时数据转换功能。
70.图6是本实用新型一实施例提供的can总线数据记录仪的工作流程示意图。如图6所示，数据记录仪上电后主要工作流程包括如下内容：
71.a)系统初始化：设备上电后，主控板的cpu会对自身进行初始化，确保上层程序可以调用cpu各种资源，完成硬件初始化后，软件启动进入初始化流程，启动各类硬件资源设备，完成软件系统资源申请、初始化；
72.b)自检：检查各硬件设备的自检状态，并将自检状态通过以太网端口发出，可通过连接的主控设备实时查看自检结果；
73.c)配置模式：设备运行后会根据默认的can口参数去配置各路 can设备，等待外部配置命令(通过任意can接口或者以太网接口均可)，解析命令后完成相关设备配置工作，例如can接口波特率设置、can接口id及屏蔽码的设置等；并可通过外部配置命令实现rtc 时钟校准。
74.d)存储模式：设备完成初始化工作后，等待外部待存储数据到来，将数据取出并获取系统时间戳，进行数据封包工作，将数据包存储到存储模块中；
75.e)取数模式：设备等待外部取数指令，根据指令内容去存储模块中取出相应的数据，然后将数据进行处理后通过以太网口将数据发送出去；
76.f)紧急掉电流程：掉电延时模块通过中断方式通知系统进入紧急掉电流程，处理器模块将掉电后至少500ms内的待存储的数据存储到 nand flash中，确保数据不会丢失，释放系统资源；
77.g)状态监控流程：系统以1s为周期发起状态监控流程，检测各个外设的运行状态和系统运行过程状态，将数据通过以太网端口发出。
78.本实用新型实施例提供的can总线数据记录仪至少包括以下优点：
79.a)可实现以太网接口到can接口的数据的实时转换；
80.产品不只实现can接口数据记录的功能，还可实现以太网和can 总线之间数据的实时转换。
81.b)具备掉电紧急保存can总线上数据的功能；
82.产品具备掉电延时及告警功能，在整个系统断电后还能持续运转至少500ms，实现可靠、无缝的对can总线数据的记录。
83.c)具备优异的环境适应性的外壳设计。
84.机箱设计一体成型，接缝处通过导电棉条及交错的结构设计实现电磁屏蔽和密闭性能。适用于车载、舰载等高可靠应用场景。
85.该产品的实现，对车载、舰载、工控等领域的can总线分析、故障定位等具有很深的研究价值，can总线数据监控实时误差不大于 0.1ms，质量小于2.2kg。
86.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
87.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上
述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
88.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。