一种can总线中继器的制造方法
【专利摘要】本实用新型的一种CAN总线中继器，包括单片机，电源模块和两组CAN总线通讯电路，单片机与CAN控制器相连，用以对两组CAN总线通讯电路进行管理和监控，实现两路CAN通道数据的转发，通过独立电源供电和光电隔离器，两组CAN总线通讯电路各部件以及单片机实现完全的电气隔离，可抑制电磁干扰，保护系统电路不受网络影响，保护系统电路不受网络影响，大大提高了系统在恶劣环境中使用的可能性，单片机连接有扩展内存，作为硬件缓冲器，数据流量大时，不失帧，不堵塞，满足长距离数据传输的需要。
【专利说明】—种CAN总线中继器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及计算机测控【技术领域】，特别涉及一种CAN总线中继器。
【背景技术】
[0002]CAN(控制器局域网络)是国际上应用最广泛的现场总线之一，CAN是一种多自助方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有很高的位速率、高抗电磁干扰性而且能够检测出任何错误。CAN总线可以任意增加介电，无须改动硬件设置。CAN总线最高数据传输速率可达IMbit/s (通信距离40m)。这使实时控制变得非常容易。当信号传输距离达到1km时仍可提供高达5Kbit/s的数据传输速率。它具有可挂接节点多、总线利用率高、错误处理和检错机制可靠、发送的信息遭到破坏后可自动重发、节点在错误严重的情况下自动退出总线等突出优点。由于CAN总线具有很高的实时性能，它已经在汽车工业、航空工业、工业控制和安全防护等领域中得到广泛应用。CAN总线是现场总线技术中最成熟、最有发展前途的微处理器局部网络。
[0003]基于上述CAN总线的优点，在环境生态监控系统当中，利用CAN总线集线器可以实现实时监测数据的传输。在实际应用当中，环境生态监控系统的项目要求非常的高，包括4套不同的自动监测和控制设备，每个设备具有CAN总线接口，设备之间需要互相通信，同时也需要把监测数据通过CAN总线实时传输到系统控制端服务器，通信传输距离达到了 1100米。在项目前期研究当中，长线电缆以50kbit/s的通信速率无法与控制端服务器金星通信。而且由于通讯数据流量比较大，不宜再降低波特率传输，为了加大CAN总线通讯距离和提高数据传输的可靠性，需要对现有的CAN总线中继器进行进一步的设计和改进。
实用新型内容
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供CAN总线中继器，能够接入多路数据输入源，满足长距离CAN总线通讯的需要。
[0005]为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0006]一种CAN总线中继器，包括单片机，电源模块和两组CAN总线通讯电路，每组CAN总线通讯电路包括CAN收发器，光电隔离器和CAN控制器，所述CAN收发器的数据输入端和输出端经过光电隔离器以后与CAN控制器的数据输入端和数据输出端相连，单片机与CAN控制器相连，用以对两组CAN总线通讯电路进行管理和监控，所述电源模块分别对单片机和两组CAN总线通讯电路中的CAN收发器，光电隔离器和CAN控制器进行独立供电。
[0007]进一步的，所述单片机包括数个I/O接口，单片机通过I/O接口与CAN控制器连接，每个I/O 口均连接有限流电阻，限流电阻连接LED指示灯。
[0008]进一步的,所述单片机还连接有扩展内存,扩展内存地址与I/O接口--映射,单片机通过扩展内存访问I/o接口。
[0009]进一步的，所述单片机还连接有波特率拨码开关，波特率拨码开关连接有电阻，电阻与CAN控制器连接。
[0010]进一步的，所述CAN控制器存储有数个波特率预设值，所述波特率拨码开关的拨码值为数个波特率预设值中的一个。
[0011]进一步的，所述单片机还连接有RS232模块，RS232模块提供接口以供计算机监控中继器工作状态。
[0012]有益效果
[0013]1.本实用新型的一种CAN总线中继器具有两组CAN总线通讯电路，实现两路CAN通道数据的转发。
[0014]2.通过独立电源供电和光电隔离器，两组CAN总线通讯电路各部件以及单片机实现完全的电气隔离，可抑制电磁干扰，保护系统电路不受网络影响，大大提高了系统在恶劣环境中使用的可能性。
[0015]3.单片机连接有扩展内存，作为硬件缓冲器，保证在数据流量大时，不失帧，不堵塞。
[0016]4.两组CAN总线通讯电路的通信速率单独可调，可以将两个不同通讯速率的CAN网络进行连接。
[0017]5.LED指示灯具有系统运行、总线收发和错位状态指示功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型一种CAN总线中继器的系统架构图；
[0019]图2为本实用CAN控制器访问扩展内存进行数据交换的原理图。
【具体实施方式】
[0020]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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
[0021]如图1所示，图1本实用新型的一种CAN总线中继器的原理图。
[0022]一种CAN总线中继器，包括单片机11，电源模块40和两组CAN总线通讯电路20、30。单片机11控制并监控两组CAN总线通讯电路20、30的运行，并且单片机11连接有外置的高速的可读写内存11，第一组CAN总线通讯电路20包括CAN控制器21、光耦隔离器22和CAN收发器23，第二组CAN总线通讯电路30包括CAN控制器31、光耦隔离器32和CAN收发器33，电源模，40分别对单片机11、CAN控制器21、CAN控制器31、光耦隔离器22、光耦隔离器32、CAN收发器23和CAN收发器33进行独立供电。
[0023]作为一个优选的实施例,本实用新型的一种CAN总线中继器采用Laboratories公司的高性能微控制器C8051F021作为单片机11的主控单元。C8051R)21具有与Intel的8051核心完全兼容的CIP-51微控制器内核，是完整的混合信号SoC芯片。其采用高速流水线结构，指令执行时间为I?2个时钟周期，具有64KB可编程闪存和4KB的SRAM<X8051R)21具有最多22路的I/O接口，采用中断方式与CAN控制器21、31连接。
[0024]为满足两组CAN总线通讯电路20、30的通讯数据总量大、爆发性强的特点，C8051F021的震荡频率采用22.1184MHZ以提高运行速度。同时为了缓和两个CAN总线通讯电路20、30发送和接收的帧信息，C8051R)21扩展了一片32KB/12ns的可读写扩展内存12，其占用的I/O空间地址范围是OxOOOO?0x7FFF，用于读取CAN控制器21、31传送的数据。
[0025]C8051F021具有5个I/O端口用作两个CAN收发器23、33端口的状态指示，每个I/O端口通过限流电阻接一个LED，用来指示两个CAN控制器23、33的工作状态，在数据发送、接收或者出现错误时，LED会闪亮报警，便于用户了解CAN控制器21、31的工作状态并进行故障诊断。C8051R)21还具有8个10位ADC模拟输入通道AINO?AIN7被用作波特率设置开关13。A/D的基准电压源采用内部基准电压2.43V，当通道的输入电压〈0.5V时，程序判断开关量输入是O ;反之当输入电压在0.5V和2.43V之间时，程序判断是I。每个输入通道的电压值由分压、上拉电阻和拨码开关13共同决定。拨码开关13的4位二进制值对应CAN收发器23、33端口通讯速率(5K?IMbps)中的16个预设值之一。两个CAN收发器23、33端口的通讯速率可以设置成不同的值，但是要与外接的CAN通信设备一致。
[0026]CAN控制器21、31采用Philips公司的CAN控制器SJA1000。它可工作于BasocCAN模式或PeliCAN模式下，与Intel的8051核心的单片机11直接连接。SJA1000具有64字节的接收缓冲器，支持11位和29位ID，可热插拔，支持CAN2.0B协议，仅依靠CAN控制器21、31本身的硬件电路就能够实现通讯帧的组织和发送。
[0027]如图2所示，单片机11对CAN控制器21、31的访问通过扩展内存来实现，两个CAN控制器21、31的I/O地址分别在扩展内存12映射有相应的地址范围，分别是0x8000?OxBFFF和OxCOOO?OxFFFF作为两个CAN总线数据通信的数据缓冲区121、122。CAN控制器21发送和CAN控制器31接收缓冲区域，物理上应同属于一个地址范围，共享一个数据缓冲区121。同理，CAN控制器31发送和CAN控制器21接收缓冲区域，物理上应同属于一个地址范围，共享一个数据缓冲区122。其数据转发机制如下:如果A侧的CAN总线向单片机11发送数据，A侧的CAN控制器21收到数据帧以后，单片机11将数据帧存入扩展内存的数据缓冲区中121 ;程序检测到缓冲区121不为空时，即向B侧的CAN控制器31发送A侧接收到的数据帧，发送指针加I，此时，CAN收发器33的端口就应当接收到CAN收发器端口 23转发的祯。
[0028]为了提高数据处理实时性，单片机11与CAN控制器21、31采取中断方式通讯，两个CAN控制器21、31的中断输出分别连接单片机11的INTO和INTl接口。CAN控制器21、31具有波特率寄存器，用以存储CAN收发器23、33不同设置的通讯速率，波特率寄存器采用16MHz的晶振。CAN控制器21、31的硬件复位引脚由单片机11的一个I/O 口控制，为低电平时复位CAN控制器21、31。为了保证系统能够可靠工作，并且提高干扰能力，CAN控制器21、31通过高速光耦隔离器22、32的隔离后与CAN收发器23、33通讯。需要注意的是两组CAN总线通讯电路的光耦隔离器22、32所采用的5V电源40必须与CAN控制器21、31和单片机11的5V供电电源40完全隔离，两个CAN收发器23、33也使用不同的隔离电源40，否则采用光耦隔离器22、32也就失去了意义。
[0029]CAN 收发器 23、3 采用 PHILIPS 公司的 TJA1040。TJA1040 是 CAN 控制器 21、31 和物理总线之间的接口芯片，速度可达1Mbps。TJA1040为CAN总线通讯电路提供两组差动的发送和接收功能。TJA1040的引脚CANL和CANH之间增加了一个一阶RC低通滤波器，以抑制高频干扰信号，RC低通滤波器还串联了一个50mA的自恢复保险，可有效总线上的尖峰脉冲。CAN收发器23、33还连接有120Ω的终端电阻，终端电阻上设有一个跳线，用户可以根据实际需要利用跳线决定是否启用终端电阻。
[0030]为了调试方便，单片机的11的UARTO接口还连接有MAX3232芯片14，与控制端的PC机RS232端口连接，监视CAN总线中继器的工作状态，如有异常状态发生，将向计算机发送相关信息。
[0031]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种CAN总线中继器，其特征在于，包括单片机，电源模块和两组CAN总线通讯电路，每组CAN总线通讯电路包括CAN收发器，光电隔离器和CAN控制器，所述CAN收发器的数据输入端和输出端经过光电隔离器以后与CAN控制器的数据输入端和数据输出端相连，单片机与CAN控制器相连，用以对两组CAN总线通讯电路进行管理和监控，所述电源模块分别对单片机和两组CAN总线通讯电路中的CAN收发器，光电隔离器和CAN控制器进行独立供电。
2.根据权利要求1所述的一种CAN总线中继器，其特征在于，所述单片机包括数个I/O接口，单片机通过I/O接口与CAN控制器连接，每个I/O 口均连接有限流电阻，限流电阻连接LED指示灯。
3.根据权利要求2所述的一种CAN总线中继器，其特征在于，所述单片机还连接有扩展内存，扩展内存地址与I/o接口一一映射，单片机通过扩展内存访问I/O接口。
4.根据权利要求1所述的一种CAN总线中继器，其特征在于，所述单片机还连接有波特率拨码开关，波特率拨码开关连接有电阻，电阻与CAN控制器连接。
5.根据权利要求4所述的一种CAN总线中继器，其特征在于，所述CAN控制器存储有数个波特率预设值，所述波特率拨码开关的拨码值为数个波特率预设值中的一个。
6.根据权利要求1所述的一种CAN总线中继器，其特征在于，所述单片机还连接有RS232模块，RS232模块提供接口以供计算机监控中继器工作状态。
【文档编号】H04L12/40GK203933666SQ201420225762
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】胡啸鹰 申请人:上海至信实业股份有限公司