专利名称：应用于船舶动力信息采集装置的can数据帧的组装方法
技术领域：
本发明涉及船舶动力信息采集的CAN总线领域，特别是涉及一种应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法。
背景技术：
CAN (Controller Area Network,控制器局域网)是一种成熟、可靠、并在国际上得到广泛应用的串行通信网络。CAN协议规范是所有CAN总线网络共同遵守的规范，但是它只是最基本最底层的协议，用户须自行设计应用层协议。目前有几家公司，例如CANopen、 DeviceNet等，开发了通用性的CAN应用层协议，供用户选用，但是这种通用性的应用层协议比较复杂，并不适合船舶动力信息采集等专业领域。发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，实现了 CAN数据帧中标识符的确定和数据字节的分配，能够满足船舶动力信息采集装置的CAN通信要求。
本发明提供一种应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，所述船舶动力信息采集装置包括广64个设备机箱、带有电连接器的屏蔽机箱、位于屏蔽机箱内的数据采集主机和位于数据采集主机内的背板，数据采集主机包括至少3对互为冗余的 CAN总线模块(4、八’、8、8’、(、(’)、1个网络交换模块、I对互为冗余的交换管理模块、I对互为冗余的数据处理模块、I对互为冗余的电源模块、光隔离模块，每一对互为冗余的CAN总线模块提供4个CAN通道；每个设备机箱包括f 16个采集板，每个采集板提供f 16个传输通道，每个采集板设置有I对互为冗余的CAN接口，分别对应数据采集主机上每对CAN总线模块的2个CAN通道；每个数据处理模块均设置有I对互为冗余的CAN接口 ；数据采集主机中的所有模块均与背板相连，背板与屏蔽机箱上的电连接器相连，屏蔽机箱上的电连接器分别与数据采集主机外部的设备机箱、220V电源和显示终端连接；数据采集主机通过电连接器连接每个设备机箱，通过CAN总线模块采集设备机箱中采集板的数据，并通过交换管理模块管理各个功能模块，通过数据处理模块对数据进行收集、组包和逻辑处理，通过网络交换模块采用以太网方式将数据采集主机采集处理之后的数据发往显示终端；
应用于所述船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，包括以下步骤给每个设备机箱、设备机箱中的采集板设置唯一 ID，将每个采集板的通道按顺序设置编号，每个采集板发送的多路数据中的每路数据对应一个通道编号，将设备机箱ID、设备机箱中的采集板ID、采集板通道编号均封装到CAN数据帧中。
在上述技术方案中，所述CAN数据帧包括7个部分帧开始、仲裁域、控制域、数据域、CRC域、应答域和帧结尾，所述仲裁域中包括CAN标识符，采用CAN2. O标准帧格式表达仲裁域中的CAN标识符，确定为ID1(TID0，共11位，包括帧类型、设备机箱ID和采集板ID信息。
在上述技术方案中，所述CAN标识符的内容为ID10表示帧类型，IDlO=O,表示普通帧；IDlO=I,表示广播帧；ID9 ID4表示设备机箱ID，共6位；ID3 IDO表示设备机箱中的采集板ID，共4位。
在上述技术方案中，所述CAN数据帧的数据域采用8个字节表达64位数据，包括2 路数据信息，每路数据信息有4个字节，包括2个字节的数据ID和2个字节的无符号整型数据值。
在上述技术方案中，所述数据ID包括帧类型、设备机箱ID、设备机箱中的采集板 ID、采集板通道编号。
在上述技术方案中，所述CAN数据帧的数据域中一路数据信息由D31Itl表示，其中，D31I16为数据ID, D31位保留，用O填充，D30为帧类型，D29I24为设备机箱ID, D23^D20为设备机箱中的采集板ID，D19I16为采集板通道编号A15Itl为数据值；D3(T D2tl这11位与所述CAN数据帧的仲裁域中的11位CAN标识符相同，若不相同，则表明CAN数据帧有错。
在上述技术方案中，所述无符号整型数据值为模拟量或开关量。
在上述技术方案中，所述无符号整型数据值为模拟量时，在船舶动力信息采集装置中取值为(Γ20000，表示(T20mA电流。
在上述技术方案中,所述无符号整型数据值为开关量时，每一位表不一个开关量， I为开，O为关，在船舶动力信息采集装置中表示16位开关。
在上述技术方案中，所述采集板为电流采集板、电阻采集板或开关量采集板。
与现有技术相比，本发明的优点如下
本发明在CAN协议规范基础上设计了一种简单、可靠的CAN应用层协议，实现了 CAN数据帧中标识符的确定和数据字节的分配，能够满足船舶动力信息采集装置的CAN通信要求。
图I是本发明实施例中船舶动力信息采集装置的结构示意图。
图2是本发明实施例中CAN数据帧及11位CAN标识符的构成示意图。
图3是本发明实施例中CAN数据帧的数据域的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图I所示，船舶动力信息采集装置包括1飞4个设备机箱、带有电连接器的屏蔽机箱、位于屏蔽机箱内的数据采集主机和位于数据采集主机内的背板,数据采集主机包括至少3对互为冗余的CAN (Controller Area Network,控制器局域网络)总线模块(A、 A’、B、B’、C、C’)、I个网络交换模块、I对互为冗余的交换管理模块、I对互为冗余的数据处理模块、I对互为冗余的电源模块、光隔离模块，每一对互为冗余的CAN总线模块提供4个 CAN通道。每个设备机箱包括f 16个采集板，每个采集板提供f 16个传输通道，采集板为电流采集板、电阻采集板或开关量采集板。每个采集板设置有I对互为冗余的CAN接口，都能独立发送完整的该采集板的数据，分别对应数据采集主机上每对CAN总线模块的2个CAN 通道。每个数据处理模块均设置有I对互为冗余的CAN接口。数据采集主机中的所有模块均与背板相连，背板与屏蔽机箱上的电连接器相连，屏蔽机箱上的电连接器分别与数据采集主机外部的设备机箱、220V电源和显示终端连接。
数据采集主机通过电连接器连接每个设备机箱，通过CAN总线模块采集设备机箱中采集板的数据，并通过交换管理模块管理各个功能模块，通过数据处理模块对数据进行收集、组包和逻辑处理，通过网络交换模块采用以太网方式将数据采集主机采集处理之后的数据发往显示终端。
参见图I所示，设备机箱1飞中各采集板CAN接口 I发出的数据并联起来，连接到数据采集主机三对冗余的CAN总线模块中的一对CAN总线模块A和A’的CAN通道I ;同样的，设备机箱广6中各采集板CAN接口 2发出的数据并联起来，连接到CAN总线模块A和A’ 的CAN通道2。数据采集主机的计算平台采用可靠性非常高的多级并行处理平台，在此硬件平台上采用高可靠的操作系统及满足高可靠性的中间件。数据采集主机采用分布式CAN 结构，并使用全冗余方式，所有CAN总线模块均部署了 CAN总线模块软件，接收数据时，其中一个CAN总线模块接收数据，另一个CAN总线模块屏蔽，只要两个通道中的一个正常工作， CAN总线模块A和A’都能完整的接收到设备机箱I的数据，当其中一个CAN总线模块出现故障时，立即自动切换到另一个CAN总线模块，确保不丢失数据，数据采集装置仍然能正常工作。
数据采集主机中的2个数据处理模块均部署了数据处理模块软件，互为冗余，用于对CAN总线模块发过来的数据进行逻辑处理及打包操作。每个数据处理模块设有I对互为冗余的CAN接口，都能完整的输出信息。通过冗余方式处理数据，确保在一个数据处理模块出现故障的情况下，立即切换到另一个数据处理模块，仍能正常完成数据收集处理功能。 2个交换管理模块均部署了交换管理模块软件，互为冗余，用于完成各个冗余功能模块的管理功能。由于系统管理总线也是冗余模式的，这样确保在一条总线出现故障的情况下，管理信息仍正常传递。2个电源模块中的任意一个都可以独立完成供电功能，将外接220V交流电压转化为各功能模块所需的电压，确保供电安全可靠。
在上述船舶动力信息采集装置的基础上，本发明实施例提供一种应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，包括以下步骤给每个设备机箱、设备机箱中的采集板设置唯一 ID，将每个采集板的通道按顺序设置编号，每个采集板一次可以发送多路数据，其中的每路数据对应一个通道编号，将设备机箱ID、设备机箱中的采集板ID、采集板通道编号均封装到CAN数据帧中。
参见图2所示，标准的CAN数据帧包括7个部分帧开始、仲裁域、控制域、数据域、 CRC (Cyclic Redundancy Check,循环冗余校验)域、应答域和巾贞结尾,仲裁域中包括CAN标识符，采用CAN2. O标准帧格式表达仲裁域中的CAN标识符，确定为ID1(TID0，共11位，包括帧类型、设备机箱ID和采集板ID信息，11位CAN标识符的具体内容为ID10表示帧类型， 一般情况下，IDlO=O,表示普通帧；紧急情况下，IDlO=L表示广播帧；IDf ID4表示设备机箱ID，共6位，可表示(OOlf)16* 64个机箱，其中(O(TOa)16保留给数据采集主机使用，设备机箱从Ob开始编号，依次为Ob，Oc，Od……3f ;ID3 IDO表示设备机箱中的采集板ID，共4 位，可表示(O(Tf) 16共16块板。因此，用以上11位标识符表示的CAN ID范围为(Oa(Tff) 16。
CAN数据帧的数据域采用8个字节表达64位数据，包括2路数据信息，每路数据信息有4个字节，包括2个字节的数据ID和2个字节的无符号整型数据值，数据ID包括帧类型、设备机箱ID、设备机箱中的采集板ID、采集板通道编号。
参见图3所示，CAN数据帧的数据域中一路数据信息由D: Dtl表示，其中，D31I16 为数据ID，其中D31位保留，用O填充，D3tl为帧类型，D29I24为设备机箱ID，D23I2tl为设备机箱中的采集板IDJ19I16为采集板通道编号，可表示16个通道。D3tT D2tl这11位与CAN数据帧的仲裁域中的11位CAN标识符相同，若不相同，则表明CAN数据帧有错，因此可以起到检错作用。
D15 D0为数据值，由2个字节的无符号整型数据组成，可以为模拟量或开关量，当其为模拟量时，在船舶动力信息采集装置中取值为(Γ20000，表示(T20mA电流；当其为开关量时，每一位表示一个开关量，I为开，O为关，在船舶动力信息采集装置中可表示16位开关。
由上可见，本发明实施例的CAN应用层协议充分满足了数据采集装置的特定需求，将设备机箱和设备机箱中的采集板等信息分别置于CAN标识符和发送的数据字节中， 从11位标准CAN ID和数据字节部分均能获取设备机箱和设备机箱中的采集板等信息，数据字节和CAN ID还具有检错功能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内， 则本发明包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，其特征在于 所述船舶动力信息采集装置包括f 64个设备机箱、带有电连接器的屏蔽机箱、位于屏蔽机箱内的数据采集主机和位于数据采集主机内的背板,数据采集主机包括至少3对互为冗余的CAN总线模块(A、A’、B、B’、C、C’)、I个网络交换模块、I对互为冗余的交换管理模块、I对互为冗余的数据处理模块、I对互为冗余的电源模块、光隔离模块，每一对互为冗余的CAN总线模块提供4个CAN通道；每个设备机箱包括f 16个采集板，每个采集板提供ri6个传输通道，每个采集板设置有I对互为冗余的CAN接口，分别对应数据采集主机上每对CAN总线模块的2个CAN通道；每个数据处理模块均设置有I对互为冗余的CAN接口；数据采集主机中的所有模块均与背板相连，背板与屏蔽机箱上的电连接器相连，屏蔽机箱上的电连接器分别与数据采集主机外部的设备机箱、220V电源和显示终端连接；数据采集主机通过电连接器连接每个设备机箱，通过CAN总线模块采集设备机箱中采集板的数据，并通过交换管理模块管理各个功能模块，通过数据处理模块对数据进行收集、组包和逻辑处理，通过网络交换模块采用以太网方式将数据采集主机采集处理之后的数据发往显示终端; 应用于所述船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，包括以下步骤给每个设备机箱、设备机箱中的采集板设置唯一 ID，将每个采集板的通道按顺序设置编号，每个采集板发送的多路数据中的每路数据对应一个通道编号，将设备机箱ID、设备机箱中的采集板ID、采集板通道编号均封装到CAN数据帧中。
2.如权利要求I所述的应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，其特征在于所述CAN数据帧包括7个部分帧开始、仲裁域、控制域、数据域、CRC域、应答域和帧结尾，所述仲裁域中包括CAN标识符，采用CAN2. O标准帧格式表达仲裁域中的CAN标识符，确定为IDKTIDO，共11位，包括帧类型、设备机箱ID和采集板ID信息。
3.如权利要求2所述的应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，其特征在于所述CAN标识符的内容为ID10表示巾贞类型，IDlO=O,表示普通巾贞；ID10=1,表示广播帧；ID9 ID4表示设备机箱ID，共6位；ID3 IDO表示设备机箱中的采集板ID，共4位。
4.如权利要求2所述的应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，其特征在于所述CAN数据帧的数据域采用8个字节表达64位数据，包括2路数据信息，每路数据信息有4个字节，包括2个字节的数据ID和2个字节的无符号整型数据值。
5.如权利要求4所述的应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，其特征在于所述数据ID包括帧类型、设备机箱ID、设备机箱中的采集板ID、采集板通道编号。
6.如权利要求5所述的应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，其特征在于所述CAN数据帧的数据域中一路数据信息由D31Itl表示，其中，D31I16为数据ID，D31位保留，用0填充，D30为帧类型，D29I24为设备机箱ID，D23^D20为设备机箱中的采集板IDjD19X为采集板通道编号A15Itl为数据值；D3(TD2(i这11位与所述CAN数据帧的仲裁域中的11位CAN标识符相同，若不相同，则表明CAN数据帧有错。
7.如权利要求4所述的应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，其特征在于所述无符号整型数据值为模拟量或开关量。
8.如权利要求7所述的应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，其特征在于所述无符号整型数据值为模拟量时，在船舶动力信息采集装置中取值为(T20000，表示0 20mA电流。
9.如权利要求7所述的应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，其特征在于所述无符号整型数据值为开关量时，每一位表示一个开关量，I为开，O为关，在船舶动力信息采集装置中表示16位开关。
10.如权利要求I至9中任一项所述的应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，其特征在于所述采集板为电流采集板、电阻采集板或开关量采集板。
全文摘要
本发明公开了一种应用于船舶动力信息采集装置的CAN数据帧的组装方法，涉及船舶动力信息采集的CAN总线领域，该组装方法包括以下步骤给每个设备机箱、设备机箱中的采集板设置唯一ID，将每个采集板的通道按顺序设置编号，每个采集板发送的多路数据中的每路数据对应一个通道编号，将设备机箱ID、设备机箱中的采集板ID、采集板通道编号均封装到CAN数据帧中。本发明实现了CAN数据帧中标识符的确定和数据字节的分配，能满足船舶动力信息采集装置的CAN通信要求。
文档编号H04L12/40GK102984096SQ201210388058
公开日2013年3月20日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者徐斌, 张晓辉, 丁玮, 熊卿 申请人:中国船舶重工集团公司第七一九研究所