增强CAN总线信号的抗共模噪声干扰能力的电路系统的制作方法

本实用新型涉及水下机器人总线通信领域，具体地说是一种增强CAN总线信号的抗共模噪声干扰能力的电路系统。

背景技术：

随着海洋资源勘探技术的发展，水下机器人技术得到了飞快的发展，国内水下机器人技术也取得了很大的成就。水下机器人应用领域的扩展，要求水下机器人功能越来越多，水下机器人携带设备节点也就随之增多。水下试验环境的错综复杂，这就要求水下机器人各个设备之间数据传输的实时性要高，稳定性要强。

目前差分总线通信领域主要包括CAN、RS485等，由于差分信号的传输距离远、信号稳定、信道节点多、实时性强等优点，广泛应用于各个行业领域。CAN已经成为ISO的串行通信协议标准，CAN总线通信具有很好的实时性、可靠性和安全性等诸多优点，使其基本满足了当前水下机器人通信总线数据传输的要求，因此被广泛应用于水下机器人的总线通信中，它可以将主机与多台从机控制器、传感器、执行机构等连接起来，通过CAN总线传输数据命令，读取状态信息，以执行相应操作。CAN收发器将CAN控制器输出的逻辑信号转化为可用于通信的差分信号，传输总线报文信息，也可以读取总线报文信息，再转化为逻辑信号回传CAN控制器。在现代控制系统中，伴随着功率元器件设备的增多，交变设备或电机等在工作过程中，会产生很强的电磁干扰信号，例如脉冲信号、浪涌电流、电磁辐射等，这些干扰信号通过电路回路串扰到通信总线回路中，若系统中某单一设备CAN节点电路设计不当，比如电源地处理不当，信号隔离能力差及总线屏蔽能力出现问题等等，都会影响到整个CAN总线通信网络，严重时，甚至造成整个通信网络的运行不畅，数据丢失或传输错误等。

如图4所示的共模噪声干扰下的CAN仿真波形图。CAN波形上噪声干扰比较严重，尤其在低电平上出现了有规律的毛刺尖峰，有些毛刺尖峰峰值较高时，会严重影响到系统总线上设备之间的通信。在实际应用中，挂接到总线上的某些设备出现了通信报错或丢包现象，通过测量，对比噪声频谱，发现与电机驱动设备有关，为总线设备之间的共模噪声干扰。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种CAN总线通信电路，提高其通信稳定性、抗电磁干扰能力，并在水下机器人多CAN节点通信网络处于强电磁环境中得到了验证。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种增强CAN总线信号的抗共模噪声干扰能力的电路系统，包括CAN总线收发器电路，

所述CAN总线收发器电路的电源正接入供电电源的正极，电源地接入供电电源的地，在电源正和电源地之间并接滤波电容；CAN总线收发器电路的CANH引脚和CANL引脚正向串接共模电感，且CANH引脚和CANL引脚之间并接双向稳压器件，CANH引脚和CANL引脚正向串接自恢复保险。

所述滤波电容为陶瓷滤波电容，用于滤除供电线路上噪声干扰。

所述共模电感为WE系列总线专用共模电感，用于滤除总线上的共模噪声。

所述双向稳压器件用于抑制CANH引脚和CANL引脚之间的差分电压，提高总线差分信号的识别电压门限。

所述自恢复保险用于对CAN总线收发器电路进行过流保护。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.本实用新型通过与CAN总线收发器连接的共模电感和双向稳压器件，提高通信的稳定性和抗电磁干扰能力；

2.本实用新型通过自恢复保险进行过流保护。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构框图；

图2是本实用新型的系统结构电路原理图，其中1为共模电感、2为双向稳压器件、3为自恢复保险；

图3是本实用新型的CAN仿真波形图；

图4是共模噪声干扰下的CAN仿真波形图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1所示为本实用新型的系统结构框图。

该电路系统主要由3部分构成，分别为共模电感、双向稳压器件和自恢复保险；CAN总线相关信号包括CANH、CANL、电源正和电源地，其中电源正和电源地接入到供电电源系统的正极和地，并且两端并接陶瓷滤波电容；电路中共模电感采用了WE系列的总线专用共模电感，有效滤除了总线上的共模噪声，提高了CAN总线的噪声容限；双向稳压器件用于抑制CANH和CANL间的差分电压，提高了总线差分信号的识别电压门限；自恢复保险主要用于对收发器的保护，免于在恶劣环境中被大串扰电流损坏。

如图2所示为本实用新型的系统结构电路原理图。

CAN收发器由电源VCC供电，电源地标识为GND，总线信号的两个输出端分别标识为CANH和CANL，在CANH和CANL之间并接120Ω电阻；在实际接入系统中时，总线两侧分别并接120欧姆匹配电阻，实际总线的匹配阻抗为60Ω。

共模电感1，在CAN总线通信波特率为500Kbps时，总线上串扰共模噪声在10K-50MHz范围内都会存在，故在选型时选取低频高阻抗特性的锰锌系磁芯电感。考虑到电感值越高，改善电磁兼容性越强，但同时也会对信号波形完整性有一定的影响，综合考虑后，选取100mH伍尔特系列通信网络用电感。

双向稳压器件2，考虑到CAN收发器差分信号端最大接受压差4V，当总线上存在共模干扰时，差分信号间压差会超过允许最大压差值，造成信号接收失误，故双向稳压器件选型为3.5V标衬电压值的快速导通TVS。

自恢复保险3，根据CAN收发器的CANH、CANL允许最大短路电流选取相应型号。通过这些改进后，基本可以满足水下机器人在电动机控制器、充电机等强电磁环境下，进行CAN总线组网的要求。

如图3所示为本实用新型的CAN仿真波形图。

CAN波形基本上比较标准，波形质量有很大改善。与未加入抗干扰处理电路时相比，CAN信号噪声毛刺尖峰减少了，波形上下沿变陡了。通过实际应用表明，此电路系统有效的增强了水下机器人CAN总线的双绞线信号传输质量，抗干扰能力，使其可以应用到强电磁干扰环境中。

如图4所示为共模噪声干扰下的CAN仿真波形图。

CAN波形上噪声干扰比较严重，尤其在低电平上出现了有规律的毛刺尖峰，有些毛刺尖峰峰值较高时，会严重影响到系统总线上设备之间的通信。在实际应用中，挂接到总线上的某些设备出现了通信报错或丢包现象，通过测量，对比噪声频谱，发现与电机驱动设备有关，为总线设备之间的共模噪声干扰。