专利名称：手持式便携canopen网络数据分析仪及其控制方法
技术领域：
本发明涉及网络系统应用。
背景技术：
CAN标准网络总线是一种可用于铁路领域的网络系统，由于它的可靠性、 灵活性而被世界上越来越多的国家所采用。
CAN网络只定义了物理层和链路层，目前应用广泛的CANOPEN标准定义 了 CAN网络的应用层协议，但由于CANOPEN网络的专业性很强，而且目前的 测试手段和测试仪器还很少，尤其是适合于现场使用的便携式CANOPEN分析 设备更是一片空白。
本专利设计的机车用手持式便携CANOPEN网络数据分析仪正是基于铁路 领域的网络系统——CAN标准网络总线的数据分析设备。适用于具有CAN总 线网络的机车中。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的 手持式便携CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法，从而解决CANOPEN网 络目前的测试手段和测试仪器还很少的问题填补了现场使用的便携式 CANOPEN分析设备的空白。本发明所述的手持式便携CANOPEN网络数据分 析仪是由主控制器模块、CAN信号采集单元、数据显示控制单元以及供电单元 组成。所述的CAN信号采集单元通过具有差动发送和接收功能的两个总线终端 CANH和CANL连接到总线电缆，通过专用接口 TXD、 RXD与主控制器模块 内置的CAN收发器接口 CANRX、 CANTX相连；所述的主控制器模块通过 CANRX和CANTX引脚与CAN信号采集单元相连，通过D01-D08数据线与数 据显示控制单元的数据输入接口 D0-D7相连，开关控制信号Sl-S5与数据显示 控制单元的显示屏控制引脚Sl-S5相连；所述的供电单元产生的+5V电压送到 CAN信号采集单元和数据显示控制单元的VCC引脚，产生的3.3V电压送到主 控制器模块的电源引脚，供电单元的参考地输出GND则与板内所有GND信号相连，与正电压构成回路；CAN总线上传输的信号通过CAN信号接口单元输入到主控制器模块，数据在主控制器模块内进行解析、处理、存储，最后以8位并口数据的形式发送给数据显示控制单元。本发明所述的主控制器模块是由AT91SAM7A3构成的、CAN信号采集单元是由PCA82C250构成的，供电单元包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔离芯片BO505T;所述的数据显示控制单元包括LCM12864ZK型液晶显示屏和液晶显示屏控制键盘。
本发明所述的一种手持式便携CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法，其控制过程包括系统初始化和CAN邮箱初始化的步骤，其特征在于还包括下述步骤
A、 CANOPEN参数配置；
B、 对主控制器模块是否接收到CAN数据进行判断，并在下述步骤中进行选择
C、 未接收到CAN信号，返回初始化；
D、 接收到CAN信号，则对其进行处理；
E、 数据处理；
F、 向数据显示控制单元模块发送数据，并返回系统初始化。
CAN,全称为"ControllerAreaNetwork"，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN可提供高达IMbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。
CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。
CAN通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。CAN层的定义与开放系统互连模型(OSI) —致,定义了模型的最下面两层物理层和数据链路层。
CANopen协议是CAN-in-Automation(CiA)定义的标准之一。它是CAN的应用层协议。大多数重要的设备类型，例如数字和模拟的输入输出模块，驱动设备，操作设备，控制器，可编程控制器或编码器，都在称为"设备子集"的协议中
进行描述。设备子集定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠CANopen协议集的支持，可以对不同厂商的设备通过总线进行配置和系统重构。
本发明所述的手持式便携CANOPEN网络数据分析仪正是基于CAN标准网络总线而使用的。这种数据分析仪针对以上提出的问题，可对CANOPEN数据进行分析记录，只要将设备接入CAN标准网络中就可完成数据分析工作，安装方便，操作简单，使用可靠，是在列车控制网络化的大环境下应运而生的新产
P
叩o
由于CAN网络技术是国际上许多大公司采用的工业现场网络技术，使用范围愈加广泛，而网络数据的分析又是对列车调试、维护、检修中的一项重要的工作，因此基于CAN网络的机车用手持式便携CANOPEN网络数据分析仪既顺应发展趋势又具有很强的实用性，填补了该仪器设计在国内的空白。
本发明的目的是提供一种基于CAN网络系统的CANOPEN接口。本发明所述的手持式便携CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法，整个系统包括硬件和软件两部分。
硬件的作用主要是提供物理连接，负责控制CAN收发器的工作，读取CAN总线相关数据，提供液晶屏的数据显示并完成控制功能，同时还要负责工作电源的提供等。
软件的作用是对控制模块初始化，配置各种相关数据，根据现场应用要求将CAN数据在主控模块中进行处理、存储并将数据送入显示控制单元。
本发明共有七幅附图，其中-
图l为本发明的结构框图2为本发明的电路结构图3为本发明的主控制器模块电路图4为本发明的CAN信号采集单元电路图5为本发明的数据显示控制单元电路图；图6为本发明的供电单元电路图7为本发明的软件控制流程图。图中1、CAN信号采集单元2、主控制器模块3、数据显示控制单元4、 供电单元。 .
具体实施例方式
本发明的具体实施例如附图所示，附图1所示为本发明的结构框图，是由 CAN信号采集单元1、主控制器模块2、数据显示控制单元3、供电单元4四部 分所组成。附图2为本发明的电路结构图，本发明所述的手持式便携CANOPEN 网络数据分析仪，通过CAN信号采集单元1的6、 7引脚接收CAN信号，经电 平转换后通过57、 58脚送入到主控制器模块2，经主控制器模块2的处理与转 换后，通过34-37、 41-44引脚与数据显示控制单元3的9-16引脚相连，发送数 据信息，21-24、 32脚作为控制键连线与数据显示控制单元3的S1-S5相连。
由于处理器内部的CAN控制器只是个协议控制器，不能提供物理层驱动， 所以在使用时还需外加CAN总线收发器，常用的CAN总线收发器有Philips公 司的PCA82C250收发器、高速TJA1050收发器等。这里使用的是PCA82C250 收发器，它可提高总线的差动发送和接收能力。它与IS011898标准完全兼容， 有三种不同的工作方式，即高速、斜率控制和待机，可根据实际情况选择。
协议控制器通过串行数据输出线TX和串行数据输入线RX连接到收发 器。通过有差动发送和接收功能的两个总线终端CANH和CANL连接到总线 电缆(见附图4)。输入Rs用于模式控制参考电压。输出VREF的输出电压是 额定VCC的0.5倍，其中收发器的额定电源电压是5V。协议控制器输出一个 串行的发送数据流到收发器的TxD弓(脚。内部的上拉功能将TxD输入设置成 逻辑高电平，也就是说总线输出驱动器默认是被动的在隐性状态中，CANH和 CANL输入通过典型内部阻抗是17k的接收器输入网络，偏置到2.5V的额定 电压，另夕卜，如果TxD是逻辑低电平，总线的输出级将被激活，在总线电缆上 产生一个显性的信号电平。输出驱动器由一个源输出级和一个下拉输出级组成。 CANH连接到源输出级，CANL连接到下拉输出级。在显性状态中，CAN_H的 额定电压是3.5V ， CAN—L是1.5V。
附图3为本发明主控制器模块2的电路图，AT91SAM7A3构成的主控制器 模块2是整个设备的核心部分，完成了数据分析的功能控制。AT91SAM7A3是 32位ARM7系列微控制器中的一员，集成有CAN控制器。片上有256K字节高速Flash和32K字节SRAM和全套外围设备，包括两个2.0B CAN控制器，以 及一整套使外围设备组件数量最少的功能单元。该微处理器中的片内Flash存储 器可以有JTAG-ICE接口系统内编程。内置锁定位可以保护固件，防止其被误覆 盖。AT91SAM7A3的片内Flash模块共1024页，每页256字节。 一共65536个 32位字。Flash模块包括一个256字节的写缓存，可通过32位的接口访问。当 Flash不使用时(读或写访问)，其将自动进入待命模式。内部的CAN控制器具 有如下特点
*完全兼容CAN2.0B动态控制器；
*位传输速率为IMbit/s;
*具有16个面向对象的邮箱，对每个消息来说CAN2.0A和2.0B可编程； 可配置对象为接收或发送；在发送或接收消息时使用16位时间标签；
可对多个邮箱对象的接收缓存长度进行编程。
附图5为本发明数据显示控制单元3的电路图，数据显示控制单元3内部 的LCM12864ZK型液晶显示屏的字型ROM内含8192个16*16点中文字型和 128个16*8半宽的字母符号字型；电源操作范围宽(2.7Vto5.5V)，低功耗设 计可满足产品的省电要求；同时与单片机等微控器的接口界面灵活(三种模式 并行8位/4位，串行3线/2线)。块具有上/下/左/右移动当前显示屏幕及清除 屏幕的命令。
附图6是供电单元4的电路图，包括几种等级的电源芯片及保护电路，负 责整个系统的供电。产生的电压等级包括隔离的+5V电压、+3.3V电压和+2.5V电压。
附图7为本发明的软件控制流程图。
权利要求
1、一种手持式便携CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法，其特征在于包括主控制器模块(2)、CAN信号采集单元(1)、数据显示控制单元(3)以及供电单元(4)，所述的CAN信号采集单元(1)通过具有差动发送和接收功能的两个总线终端CANH和CANL连接到总线电缆，通过专用接口TXD、RXD与主控制器模块(2)内置的CAN收发器接口CANRX、CANTX相连；所述的主控制器模块(2)通过CANRX和CANTX引脚与CAN信号采集单元(1)相连，通过D01-D08数据线与数据显示控制单元的数据输入接口D0-D7相连，开关控制信号S1-S5与数据显示控制单元(3)的显示屏控制引脚S1-S5相连；所述的供电单元(4)产生的+5V电压送到CAN信号采集单元(1)和数据显示控制单元(3)的VCC引脚，产生的3.3V电压送到主控制器模块(2)的电源引脚，供电单元(4)的参考地输出GND则与板内所有GND信号相连，与正电压构成回路；CAN总线上传输的信号通过CAN信号接口单元(1)输入到主控制器模块(2)，数据在主控制器模块(2)内进行解析、处理、存储，最后以8位并口数据的形式发送给数据显示控制单元(3)。
2、 一种手持式便携CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法，其特征在于所述的主控制器模块(2)是由AT91SAM7A3构成的、CAN信号采集单元(1)是由PCA82C250构成的，供电单元(4)包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔离芯片BO505T;所述的数据显示控制单元(3)包括LCM12864ZK型液晶显示屏和液晶显示屏控制键盘。
3、 一种手持式便携CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法，其控制过程包括系统初始化和CAN邮箱初始化的步骤，其特征在于还包括下述步骤A、 CANOPEN参数配置；B、 对主控制器模块(2)是否接收到CAN数据进行判断，并在下述步骤中进行选择C、 未接收到CAN信号，返回初始化；D、 接收到CAN信号，则对其进行处理；E、 数据处理；F、 向数据显示控制单元(3)模块发送数据，并返回系统初始化。
全文摘要
本发明公开了一种基于CAN网络系统的机车用手持式便携CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法。包括主控制器模块、CAN信号采集单元、数据显示控制单元以及供电单元，CAN信号由CAN信号采集单元接收，经主控制器模块进行解析、处理、存储后，以8位并口数据的形式发送到数据显示控制单元。对CANOPEN数据进行分析记录，只要将设备接入CAN标准网络中就可完成数据分析工作，安装方便，操作简单，使用可靠，是在列车控制网络化的大环境下应运而生的新产品。
文档编号H04L12/26GK101478453SQ200910010198
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月19日 优先权日2009年1月19日
发明者田雅华, 董笑辰, 马晨普 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心