CAN通信线电路系统及其终端电阻接入控制方法与流程

本发明属于CAN通信技术领域，尤其涉及一种CAN通信线电路系统及其终端电阻接入控制方法。

背景技术：

在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发出来，由于这些系统之间通信所用的数据类型以及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的要求，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN(Controller Area Network，控制器局域网总线)通信协议。现在CAN的高性能和可靠性已被认同，广泛应用于新能源汽车行业。在实际使用过程中，CAN通信总线上在物理上最远的两个节点两端必须连接2个120欧的终端电阻，这是因为信号传输电路由于各种传输线都有其特性阻抗，当信号在传输线中传输至终端时，出现阻抗不匹配时，将会造成反射，而使信号波形失真(凹陷或凸出)。该失真的现象在传输线短时并不明显，但随着传输线的加长会更加严重，致使无法正确传输，这时就必须添加终端电阻,终端电阻的作用在于消除CAN总线中出现的阻抗不匹配的现象。

新能源汽车近年来发展迅速，对于电池管理系统(Battery Management System，下称BMS)的要求也越来越苛刻，CAN通信总线作为BMS系统的通信总线，其准确及时的传输信号是BMS系统中至关重要的一部分，其对BMS的重要性不言而喻。一方面车辆在运行过程中通过CAN通信总线将信息传递给主控系统，主控系统作出相应的判断和决策，并将决策指令通过CAN通信总线传递给各个模块单元执行，最终使得车辆正常运行。

但是，在现有的BMS使用CAN通信中，常见的是采用拨码开关控制终端电阻，使用时需要人工检测CAN总线两端是否存在终端电阻，通过连接或者关断拨码开关来启用终端电阻，同时在硬件电路板设计中需要考虑到拨码开关的放置位置确保后期维护人员正常的调试等。这样的操作会增加人工成本并且浪费人力物力和时间。

技术实现要素：

本发明提供了一种CAN通信线电路系统及其终端电阻接入控制方法，旨在解决现有技术中需要人工检测CAN总线两端是否存在终端电阻、还需在硬件电路设计中考虑到拨码开关对其进行连接或者断开、后期维护等浪费人力、物力和时间的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

本发明提供了一种CAN通信线电路系统，CAN通信总线具有多个CAN节点，其中每一个CAN节点上连接一个连接状态可控的阻抗调节装置，每一时刻有且仅有两个阻抗调节装置处于连接状态。

每个所述阻抗调节装置包括控制模块、可控开关模块以及120Ω的终端电阻模块，其中：

所述终端电阻模块与所述可控开关模块依次串接在CAN通信总线的两端；

所述控制模块与所述可控开关模块的控制端相连接，用于判断CAN通信总线两端是否需要连接或断开终端电阻模块，并根据判断结果控制所述可控开关模块闭合或断开。

进一步地，每一个所述120Ω的终端电阻模块包括一个或者多个电阻，所述一个或者多个电阻串联或者并联后得到的等效阻值为120Ω。

进一步地，所述控制模块具体可以通过如下三种方式中的任意一种判断CAN通信总线的两端是否需要连接或断开终端电阻模块：

方式一：控制模块根据接收到的连接或者断开终端电阻模块的指令，判断CAN通信总线的两端是否需要连接或断开终端电阻模块。当控制模块接收到的连接终端电阻模块的指令时，判定CAN通信总线的两端需要连接终端电阻模块；当控制模块接收到的断开终端电阻模块的指令时，判定CAN通信总线的两端需要断开终端电阻。

方式二：当控制模块判断整个电路系统所分配到的CAN帧ID地址满足预置条件时，判定CAN通信总线的两端需要连接终端电阻模块，否则判定CAN通信总线的两端需要断开终端电阻模块。

方式三：控制模块判断自身所处的电路系统所处的CAN通信总线阻抗参数是否符合预置要求，并根据判断结果控制连接或断开终端电阻模块。

本发明还提供了一种CAN通信线电路终端电阻接入控制方法，所述方法包括下述步骤：

控制模块判断CAN通信总线两端是否需要连接或断开终端电阻模块；若是，则控制模块控制CAN通信总线两端与终端电阻模块之间的线路连通；若否，则控制模块控制CAN通信总线两端与终端电阻模块之间的线路断开。

进一步地，所述终端电阻模块包括一个或者多个电阻，所述一个或者多个电阻串联或者并联后得到的等效阻值为120Ω。

进一步地，所述控制模块具体可以通过如下三种方式中的任意一种判断CAN通信总线的两端是否需要连接或断开终端电阻模块：

方式一：控制模块根据接收到的连接或者断开终端电阻模块的指令，判断CAN通信总线的两端是否需要连接或断开终端电阻模块。当控制模块接收到的连接终端电阻模块的指令时，判定CAN通信总线的两端需要连接终端电阻模块；当控制模块接收到的断开终端电阻模块的指令时，判定CAN通信总线的两端需要断开终端电阻模块。

方式二：当控制模块判断整个电路系统所分配到的CAN帧ID地址满足预置条件时，判定CAN通信总线的两端需要连接终端电阻模块，否则判定CAN通信总线的两端需要断开终端电阻模块。

方式三：控制模块判断自身所处的电路系统所处的CAN通信总线阻抗参数是否符合预置要求，并根据判断结果控制连接或断开终端电阻模块。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

本发明采用控制模块和可控开关模块，控制模块分析并控制可控开关模块中开关的连接或断开，从而控制CAN通信总线上是否连接或断开终端电阻，这样的电路系统能够及时、准确的调节CAN通信总线的正常工作，解决了现有技术中需要人工检测CAN总线两端是否存在终端电阻、还需在硬件电路设计中考虑到拨码开关对其进行连接或者断开、后期维护等浪费人力、物力和时间的问题，省时省力，同时电路集成度高，成本低廉。

附图说明

图1是本发明实施例提供的CAN通信线电路系统中阻抗调节装置示意图；

图2是本发明实施例提供的CAN通信线电路终端电阻接入控制方法流程图；

图3是本发明实施例提供的以光耦继电器作为可控开关模块的阻抗调节装置示意图；

图4是本发明实施例提供的CAN通信线电路系统示意图；

图5是本发明实施例提供的CAN通信总线终端电阻需求标准示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图4所示，为本发明实施例提供的CAN通信线电路系统示意图，CAN通信总线具有多个CAN节点，其中每一个CAN节点上连接一个连接状态可控的阻抗调节装置，每一时刻有且仅有两个阻抗调节装置处于连接状态。CAN通信总线包括CANH和CANL两根线，N1、N2至Nx分别表示CAN总线上不同的CAN节点，每个CAN节点上分别连接了一个连接状态可控的阻抗调节装置，N1节点上连接了阻抗调节装置F1，N2节点上连接了阻抗调节装置F2，依次类推，Nx节点上连接了阻抗调节装置Fx。只有当CANH和CANL之间有且只有两个120Ω电阻的时候才满足CAN通信总线的标准需求，因此，每一时刻要确保有且仅有两个节点中的阻抗调节装置中的120Ω终端电阻模块处于连接状态。

如图1所示，为本发明实施例提供的CAN通信线电路系统中阻抗调节装置示意图，包括：控制模块1、可控开关模块2以及终端电阻模块3。

可控开关模块2包含开关S，终端电阻模块3与可控开关模块2依次串接在CAN通信总线的两端。

控制模块1与可控开关模块2的控制端相连接，用于判断CAN通信总线两端是否需要连接或断开终端电阻模块3，并根据判断结果控制所述可控开关模块开关S的闭合或断开，确保及时、准确地调节CAN通信总线正常工作。

其中，终端电阻模块3可以包括一个或者多个电阻，其电阻的个数与设置不受如图1的实施例的限制，一个或者多个电阻串联或者并联后得到的等效阻值为120Ω。例如：当终端电阻为一个时，其电阻阻值为120Ω；当终端电阻为多个时，多个终端电阻串联，且多个终端电阻的阻值的总和为120Ω，即等效阻值为120Ω。

在本发明实施例中，终端电阻模块3被设计成两个串联的电阻R1-1和R1-2，R1-1和R1-2的电阻阻值总和为120Ω，电阻R1-1的阻值为60Ω，电阻R1-2的阻值为60Ω。为了满足CAN通信总线对阻抗电阻的需求，同时更好地降低电阻功率，根据仿真实验计算得出，本发明实施例所采用的终端电阻模块设计方案为最佳方案。

如图2所示，本发明实施例提供的CAN通信线电路终端电阻接入控制方法流程图，具体步骤如下：

步骤S201：控制模块判断CAN通信总线两端是否需要连接或断开终端电阻模块，若判断需要连接终端电阻模块，则传递连接控制信号至可控开关模块以执行步骤S202-1；若判断需要断开终端电阻，则传递断开控制信号至可控开关模块以执行步骤S202-2。

其中，控制模块判断CAN通信总线两端是否需要连接或断开终端电阻模块，其判断依据主要根据以下三种方式的任意一种方式：

方式一：控制模块根据接收到的连接或者断开终端电阻模块的指令，判断CAN通信总线的两端是否需要连接或断开终端电阻模块。当控制模块接收到的连接终端电阻的指令时，判定CAN通信总线的两端需要连接终端电阻模块；当控制模块接收到的断开终端电阻的指令时，判定CAN通信总线的两端需要断开终端电阻模块。

例如，一种情况，上位机或者具有数据下发功能的触控终端或者其他同级模块，会直接下达连接或者断开终端电阻模块的指令至控制模块，控制模块则根据指令直接发送连接或者断开的控制信号至可控开关模块；另一种情况，上位机或者具有数据下发功能的触控终端或者其他同级模块根据整个CAN通信总线中的总体情况汇总成统计结果，并将统计结果传递至控制模块，控制模块根据统计结果，依据算法判断整个CAN通信总线中是否有且只有两个120欧姆电阻，依据判断结果决定是否需要并入终端电阻模块，并发送连接或者断开的控制信号至可控开关模块。

方式二：根据CAN帧ID地址的编码规则来决定CAN通信总线是否需要连接或者断开终端电阻。控制模块判断整个电路系统所分配到的CAN帧ID地址是否满足预置条件。例如，设置在整个地址范围内，CAN帧地址ID最小和CAN帧地址ID最大的情况则判定需要将自身的终端电阻模块并入CAN通信总线。

例如，设置在整个地址范围内，控制模块判断CAN帧地址ID最小和CAN帧地址ID最大的情况则判定需要将自身的终端电阻模块并入CAN通信总线。若判断ID地址最小或者ID地址最大，则判定需要将自身的终端电阻模块并入CAN通信总线，控制模块发送连接的控制信号至可控开关模块；若判断ID地址不是最小或者不是最大，则不需要将自身的终端电阻模块并入CAN通信总线，控制模块发送断开的控制信号至可控开关模块。

方式三：CAN通信总线自身具有阻抗网络检测的功能，通过CAN通信总线自身的阻抗检测电路，控制模块判断自身所处的电路系统所处的CAN通信总线阻抗参数是否符合要求，并根据判断结果控制连接或断开终端电阻模块。

例如，如图5所示，是本发明实施例提供的CAN通信总线终端电阻需求标准示意图，在整个CAN通信总线中，要保证整个通信总线中有且只有两个120Ω的电阻，即等效阻抗Req＝60Ω的时候才满足CAN通信总线的标准需求。

当检测到CAN通信总线中电阻阻抗为120Ω时，判断为CAN通信总线中还需要并入一个120Ω的电阻，则控制模块下达需要连接终端电阻模块的控制信号给可控开关模块；当检测到CAN通信总线中电阻阻抗为60Ω时，则判断不需要做任何操作；当检测到CAN通信总线中电阻阻抗为40Ω时，判断为CAN通信总线中需要断开一个120Ω电阻，则控制模块下达需要断开终端电阻的控制信号给可控开关模块，或者通过方式1通知其他节点的阻抗调节装置切断其120Ω的终端电阻模块；当CAN通信总线中检测到其他阻抗电阻值，如0Ω，30Ω，24Ω等，均可通过方式3判断是否需要连接或断开终端电阻。

另外，整个CAN通信总线中可具有多个阻抗解调装置，当其中一个阻抗解调装置的控制模块判断需要连接或者断开终端电阻模块时，可以选择对自身所处的阻抗解调装置不做任何操作，然后通过方式1控制其他的阻抗解调装置并入或者切断其终端电阻模块。

步骤S202-1：可控开关模块接收由控制模块传递的连接控制信号，控制可控开关模块中的开关导通连接，从而使CAN通信总线两端与终端电阻之间的线路连通。

步骤S202-2：可控开关模块接收由控制模块传递的断开控制信号，控制可控开关模块中的开关断开，从而使CAN通信总线两端与终端电阻之间的线路断开。

如图3所示，为本发明具体实施例提供的以光耦继电器作为可控开关模块的阻抗调节装置示意图，包括：控制模块301、光耦继电器302、两个终端电阻R3-1和R3-2、电源VCC、限流电阻R3-3。

其中，控制模块301与光耦继电器302相连接，用于判断CAN通信总线的两端是否需要连接或断开终端电阻，控制光耦继电器2中开关的连接或断开。

光耦继电器302分别与控制模块301、终端电阻R3-1和R3-2、电源VCC相连接，用于控制CAN通信总线两端的终端电阻的连接或断开，确保及时、准确地调节CAN通信总线正常工作。光耦继电器302包括发光二极管和开关(例如可采用光电三极管)，其中当发光二极管发光时，该开关感应到光信号后而导通连接，当发光二极管不发光时，该开关断开。电源VCC与光耦继电器302中的发光二极管的阳极电连接，用于给光耦继电器302中的发光二极管供电，而光耦继电器302中的发光二极管的阴极则连接控制模块301的输出端，当控制模块301的输出端为低电平时，光耦继电器302中的发光二极管可导通而发光，进而使得光耦继电器302中的开关导通连接。

终端电阻R3-1、R3-2分别与光耦继电器302和CAN通信总线相连接，用于消除CAN通信总线中出现的阻抗不匹配的现象。

具体地，还可以在电源VCC和光耦继电器302的发光二极管的阳极之间设置限流电阻R3-3，用于给光耦继电器302中的发光二极管限流，防止电流过大击穿发光二极管，保护发光二极管，延长其使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。