CN101582825B - 一种连接于can现场总线设备的自动顺序编号电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连接于CAN现场总线设备的自动顺序编号电路及方法，属于CAN现场总线技术领域，解决CAN现场总线结构的设备顺序操控中需要将设备顺序编号的问题，电路包括具有CAN驱动引擎模块、脉冲计数器模块的单片机，通过第一光电耦合器与单片机的脉冲计数器模块具有信号连接的接收器，通过第二光电耦合器与单片机的CAN驱动引擎模块具有信号连接的总线收发器，一端电连接第一总线、另一端电连接第二总线的总线开关，接收器与第一总线电连接，总线收发器与第二总线电连接；方法是通过通断各电路中的总线开关，以传递编号信息，使右邻设备根据其左邻设备的编号信息顺序编号。

Description

一种连接于CAN现场总线设备的自动顺序编号电路和方法

技术领域

本发明属于CAN现场总线技术领域，尤其涉及一种在多个设备的CAN总线连接网络中，对设备进行自动顺序编号的电路和方法。

背景技术

CAN现场总线技术大量用于工业生产现场、汽车等领域，是较成熟的技术，CAN其拓扑结构如图1所示，各个设备均挂接在总线上，在逻辑控制上没有左右相邻的区分(即没有顺序关系)。

但是，在某些工业生产应用场合，如煤矿井下综采工作面液压支架的电控系统中，一个支架控制器控制一架支架，百多架支架组成一个综采工作面的支护系统，一架支架即上述的设备，如图2所示。支架控制器控制所对应支架的各种动作，因为综合采煤的工艺要求，需要相邻支架的控制(例如，在支架1上操作支架控制器1，控制支架控制器2给支架2发出动作命令，使支架2动作)，即需要辨识相邻支架，并具有顺序关系的操控要求。

对于CAN现场总线结构的电控系统，需要先对支架和与之连接的支架控制器进行顺序编号，使支架1对应的支架控制器编号为1，支架2对应的支架控制器编号为2，以此类推，支架N对应的支架控制器编号为N，然后才能进行相邻控制。

发明内容

本发明的目的是解决CAN现场总线结构的设备顺序操控中需要将设备顺序编号的问题，提供一种自动顺序编号电路。

本发明的另一个目的是提供一种利用上述自动顺序编号电路对连接于CAN现场总线设备进行自动顺序编号的方法。

本发明的目的分别通过下述技术方案来实现：

一种连接于CAN现场总线设备的自动顺序编号电路包括

单片机，具有CAN驱动引擎模块、脉冲计数器模块；

接收器，通过第一光电耦合器与单片机的脉冲计数器模块具有信号连接；

总线收发器，通过第二光电耦合器与单片机的CAN驱动引擎模块具有信号连接；

总线开关，串联于现场总线中，将CAN现场总线分为第一总线和第二总线两部分，其一端电连接第一总线，另一端电连接第二总线；

接收器与第一总线电连接；

总线收发器与第二总线电连接。

所述第二总线通过总线收发器、第二光电耦合器与单片机的CAN驱动引擎模块建立半双工通信。

所述现场总线上的信号通过接收器、第一光电耦合器后，以脉冲信号送入单片机的脉冲计数器模块。

所述总线开关断开后，作为隐性信号接入现场总线。

一种利用上述自动顺序编号电路，对连接于CAN现场总线设备进行自动顺序编号方法包括如下步骤：

a.每台电连接有自动顺序编号电路的设备以左右邻接的拓扑结构连接于现场总线，其中一台设备的自动顺序编号电路的第一总线与其左邻设备的自动顺序编号电路的第二总线电连接，上述设备的第二总线与其右邻设备的第一总线电连接，依此类推；下述操作皆由各设备的自动顺序编号电路完成；

b.接通所有设备的总线开关，任意一台设备通过其第二总线发出顺序编号命令，该设备称为受控设备；

c.所有其它设备通过现场总线收到上述顺序编号命令后，与受控设备一起，执行“断开总线开关，发送脉冲信号”，确定第一设备；

d.第一设备通过其CAN驱动引擎向其第二总线发出本设备的附有编号信息的脉冲信号，然后接通其总线开关；

e.与第一设备右邻的设备接收上述步骤d的脉冲信号，执行“接通总线开关，接收编号信息”，标记自身为第二设备；

f.第二设备执行“断开总线开关，发送脉冲信号”，然后接通其总线开关；

g.与第二设备右邻的设备如步骤e，标记自身为第三设备；

h.其余依次右邻的设备按步骤f、g，直到步骤a所述拓扑结构中的最右端设备标记自身为第N设备；

i.第N设备执行“断开总线开关，发送脉冲信号”，并保持设定的时间，时间满后，脉冲信号依然能够发送成功，则接通总线开关，向现场总线发出包含设备总数信息的结束信号。

所述步骤c的具体过程是，所有其它设备通过现场总线收到上述顺序编号命令后，与受控设备一起，都将各自的总线开关断开，并通过各自的CAN驱动引擎在设定的时间内持续向各自的第二总线发出脉冲信号，未收到脉冲信号的设备标记自身为第一设备。

所述步骤d中，第一设备脉冲信号发送成功后则停止发送，然后接通其总线开关。

所述步骤e中，“接通总线开关，接收编号信息”是指与第一设备右邻的设备接通其总线开关，接收到一帧完整的第一设备发出的编号信息，则标记自身为第二设备。

所述步骤f的具体过程是，断开自身的总线开关，通过其CAN驱动引擎向其第二总线发出本设备的附有编号信息的脉冲信号，发数成功后就停止发数，然后接通其总线开关。此处所述的发数成功是指，有其它设备收到此信号则表示发送成功。

本发明采用上述结构的电路和/或方法，在任意一台设备上都可以发出编号命令，自动找到处于CAN现场总线拓扑结构最左边的第一设备进行标记编号，并依次找到第二设备、第三设备，直到位于拓扑结构最右边的第N设备，即最后一台设备进行分别标记编号，从而实现自动顺序编号，为CAN现场总线中各设备依赖于上述标记的顺序编号进行顺序关系的操控奠定技术条件。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是通用CAN现场总线的拓扑结构示意图；

图2是本发明实施例的CAN现场总线的拓扑结构示意图；

图3是本发明中自动顺序编号电路的结构示意图；

图4是本发明实施例带有自动顺序编号电路的CAN拓扑结构示意图；

图5是本发明实施例中总线开关的电路图；

图6是本发明实施例中接收器及与之连接的光电耦合器的电路图；

图7是本发明实施例中收发器及与之连接的光电耦合器的电路图；

图中标号：1是单片机，2是第一光电耦合器，3是第二光电耦合器，4是接收器，5是总线收发器，6是总线开关，7是第一总线，8是第二总线，9是单片机内的脉冲计数器模块，10是CAN驱动引擎。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

实施例1：

如图2所示，连接于CAN现场总线的设备为支架及各自的支架控制器，各支架分别与各自的支架控制器连接形成一个设备单元，每个设备单元挂接于CAN现场总线。

为了将各支架与其支架控制器对应起来，顺序编号，每个支架控制器内设置了自动顺序编号电路。

上述的自动顺序编号电路如图3所示，包括

单片机1，具有CAN驱动引擎模块10、脉冲计数器模块9；

接收器4，通过第一光电耦合器2与单片机1的脉冲计数器模块9具有信号连接；

总线收发器5，通过第二光电耦合器3与单片机1的CAN驱动引擎模块10具有信号连接；

总线开关6，串联于现场总线中，将每个设备左右两边的CAN现场总线分为第一总线7和第二总线8两部分，其一端电连接第一总线7，另一端电连接第二总线8；

接收器4与第一总线7电连接；

总线收发器5与第二总线8电连接。

上述第二总线8通过总线收发器5、第二光电耦合器3与单片机1的CAN驱动引擎模块10建立半双工通信。

上述现场总线上的信号通过接收器4、第一光电耦合器2后，以脉冲信号送入单片机1的脉冲计数器模块9。

上述总线开关6接通时，不影响现场总线上的信号传递，其断开后，作为隐性信号接入现场总线。

一个实施例中，总线开关6的电路结构如图5所示，受控开关RK1为双刀双掷开关，双刀的静触头分别连接第二总线的两条引线CAN2H、CAN2L，动触头分别连接第一总线的两条引线CAN1H、CAN1L。控制受控开关RK1的线圈一端连接电源，另一端与三极管Q29的集电极连接，该线圈两端并联有二极管D4，且二极管D4的负端接电源。三极管Q29的发射极接地，基极与发射极之间连接有电阻R78，基极通过电阻R79、二极管D35接收控制信号CAN-SW，其中二极管D35的负端连接电阻R79。受控开关RK1的动触头端与接收器连接，静触头端与收发器连接。

一个实施例中，接收器4及与之连接的第一光电耦合器2的组合电路结构如图6所示。其中U14为CAN信号的驱动及接收芯片(可称之为如图6所示的收发器芯片)，U13为光电耦合器芯片；线路CAN1L及CAN1H与第一总线7相连，线CAN-PLUG与单片机1的脉冲计数模块9相连；元件C37、C59、C34、R94、R93构成CAN总线的终端匹配电阻电路，D5、D13构成CAN总线的限压保护电路。总线上的脉冲信号由线CAN1L、CAN1H引入后，经限压保护电路、终端匹配电后，进入到收发器芯片，然后经光电耦合器耦合到线CAN-PLUG上，最后送到单片机内进行处理。

一个实施例中，收发器5及与之连接的第二光电耦合器3的组合电路结构如图7所示。其中U10为CAN信号的驱动及接收芯片(可称之为如图7所示的收发器芯片)，U8及U9为光电耦合器芯片；线路CAN1L及CAN1H与第二总线8相连，线CAN-TX及线CAN-RX与单片机1的CAN驱动引擎模块10相连；元件C32、C57、C56、R72、R67构成CAN总线的匹配电阻，D6、D14构成CAN总线的保护电路。编号信息通路是：第二总线8与线CAN1L、CAN1H接放，经限压保护电路、终端匹配电后，接入到收发器芯片，然后经光电耦合器后，由线CAN-TX和线CAN-RX与单片机相连。

实施例2：

一种利用上述自动顺序编号电路，对连接于CAN现场总线的设备进行自动顺序编号的方法，主要是通过任一台设备的自动顺序编号电路向总线发出编号命令，然后所有设备断开各自的总线开关，发送脉冲信号，在图2、图4所示的拓扑结构中，最左边的设备接收不到该脉冲信号，则标记自身为第一设备。然后再对其余设备进行自动顺序编号。

本实施例中，以如图2所示的多台煤矿井下综采工作面液压支架及其支架控制器所构成的CAN现场总线为例，具体说明自动顺序编号方法的过程。

在每台液压支架及其支架控制器构成一个设备单元，以下简称为设备，在编号过程中，两者具有对应的编号，即，支架控制器编为1号，则与其连接的支架也为1号，依此类推。本实施例中以四台设备为例进行说明。

每个支架控制器内设置有实施例1所述的自动顺序编号电路。

则图2所示的CAN现场总线拓扑结构可以如图4所示。

自动顺序编号包括如下步骤：

a.按图2或图4所示的拓扑结构将每台设备连接于CAN现场总线上；

b.接通所有设备的总线开关6，在任意一台设备上，通过其第二总线8发出顺序编号命令“CON”，并把该设备称为受控设备；

c.因所有的总线开关6都接通，则所有其它设备都可以通过现场总线(此时，受控设备的第二总线上的信号即现场总线上的信号)收到上述顺序编号命令后，与受控设备一起，执行“断开总线开关，发送脉冲信号”，即都将各自的总线开关6断开，并通过各自的CAN驱动引擎10在设定的时间内持续向各自的第二总线8发出脉冲信号，如图4所示，如果第二设备的第二总线8收到上述脉冲信号，因其右邻的第三设备的第一总线与其连接，则第三设备的第一总线上也有上述脉冲信号，即除了第一设备的第一总线因其总线开关6断开，而不能收到上述脉冲信号，其它所有设备都可以收到上述脉冲信号。根据这一情况，则未收到脉冲信号的设备标记自身为第一设备，也就是拓扑结构的最左边设备；

d.第一设备通过其CAN驱动引擎10向其第二总线8发出本设备的附有编号信息的脉冲信号，发送成功(即有其它设备接收到此信号则表示发送成功)后则停止发送，然后接通其总线开关；

e.与第一设备右邻的设备因其第一总线与第一设备的第二总线连接，可以接收上述步骤d的脉冲信号(因只有第一设备的总线开关接通，其它设备接收不到该脉冲信号)，接收到后，执行“接通总线开关，接收编号信息”，即接通其总线开关，接收到一帧完整(第一设备向总线发出一帧编号信息，若无其它设备来接收此信息，则第一设备再重新发出一帧编号信息，直到有其它设备接收到该信息为止)的第一设备发出的编号信息，依据第一设备的编号信息标记自身为第二设备；此过程中，在第二设备接通其CAN总线开关后接收第一设备发出的编号信号时，与第二设备右邻的设备也会收到第一设备发出的上述CAN总线脉冲信号，它收到的脉冲信号最多只有两个帧信号，因此合适设置与与第二设备右邻设备的脉冲计数器，不对上述两个帧信号做出反应。即在此过程中，有可能在第一设备发送一帧编号信号的期间时，第二设备接通总线开关，但是第二设备对此接收不完整的编号信号不做处理。第一设备继续重发一帧编号信号，第二设备接收到此完整的编号信号，则处理，第一设备就停止再发数。同时，在第二设备接通总线开关后，第三设备(第二设备的右邻设备)的脉冲计数器能收到第一设备发出的最多两帧编号信号(脉冲)，合适设置此脉冲计数器的分频器值，使这最多两帧编号信号脉冲计不满此脉冲计数器，则第三设备认为没有收到脉冲信号，故此时不做任何操作。

f.第二设备断开自身的总线开关6，通过其CAN驱动引擎10向其第二总线8发出本设备的附有编号信息的脉冲信号，发数成功后就停止发数，然后接通其总线开关6；

g.与第二设备右邻的设备能收到步骤f的CAN总线脉冲信号，它收到的脉冲信号计满后，接通其CAN总线开关，然后收到一帧完整的第二设备附有编号信息的脉冲信号，依据第二设备的编号信息标记自身为第三设备；

h.第三设备完成自编号后，执行“断开发数”，即，断开共总线开关6，通过其CAN驱动引擎10向其第二总线发出附有本设备编号信息的脉冲信号，发数成功后就停止发数，然后接通其总线开关6；

i.与第三设备右邻设备能收到步骤h所述的脉冲信号，它收到的脉冲信号送入其脉冲计数器模块计满后，接通其总线开关6，然后收到一帧完整的第三设备发出的编号信息，依据第三设备的编号信息标记或编号自身为第四设备；

j.第四设备断开其CAN总线开关6，通过其CAN驱动引擎10向其第二总线发出附有本设备编号信息的脉冲信号一段时间，时间满后，脉冲信号依然能够发送成功，则接通其总线开关，向现场总线发出包含设备总数信息的结束信号。

上述各步骤中，在第一设备标记或编号完毕后，其它设备依次先断开自身的总线开关，发送脉冲计数信号，然后接通自身的总线开关，以使与其右邻的设备接收上述脉冲计数信号，该右邻的设备接收到上述脉冲计数信号后再接通其自身的总线开关，根据其左邻设备的编号信息，将自身标记或编号为下一号设备，依此类推，直到最后一台设备将自身标记为第N台设备(本实施例中为第四台)，然后最后一台(即拓扑结构的最右边一台)设备发出包含有设备总数信息的结束信号，自动顺序编号过程结束。

上述方法将各设备顺序编号，可以根据各设备的编号标识各设备，将编号信息加入到操控信息中，以便于实现顺序关系的操控。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种连接于CAN现场总线设备的自动顺序编号电路，其特征在于，包括单片机，具有CAN驱动引擎模块、脉冲计数器模块；

    接收器，通过第一光电耦合器与单片机的脉冲计数器模块具有信号连接；接收器与第一总线电连接；所述现场总线上的信号通过接收器、第一光电耦合器后，以脉冲信号送入单片机的脉冲计数器模块；

总线开关，串联于现场总线中，将CAN现场总线分为第一总线和第二总线两部分，其一端电连接第一总线，另一端电连接第二总线；总线开关用于接通或者断开第一总线与第二总线；

    总线收发器，通过第二光电耦合器与单片机的CAN驱动引擎模块具有信号连接；

    总线收发器与第二总线电连接；

所述第二总线通过总线收发器、第二光电耦合器与单片机的CAN驱动引擎模块建立半双工通信；

CAN驱动引擎模块用于通过第二光电耦合器、总线收发器、第二总线向其他自动顺序编号电路发送顺序编号命令、附有编号信息的脉冲信号或设备总数信息的结束信号。

2.如权利要求1所述一种连接于CAN现场总线设备的自动顺序编号电路，其特征在于，所述总线开关断开后，作为隐性信号接入现场总线。

3.一种连接于CAN现场总线设备的自动顺序编号方法，其特征在于，包括如下步骤：

    a．每台连接于CAN现场总线的设备都设置有能够通断其左右两端现场总线的总线开关，并都能向CAN现场总线发送脉冲信号；

    b．接通所有设备的总线开关，任意一台设备通过其第二总线发出顺序编号命令，该设备称为受控设备；

    c．所有其它设备通过现场总线收到上述顺序编号命令后，与受控设备一起，都将各自的总线开关断开，并通过各自的CAN驱动引擎在设定的时间内持续向各自的第二总线发出脉冲信号，未收到脉冲信号的设备标记自身为第一设备；

d．第一设备通过其CAN驱动引擎向其第二总线发出本设备的附有编号信息的脉冲信号，然后接通其总线开关；

e．与第一设备右邻的设备接收上述步骤d的脉冲信号，与第一设备右邻的设备接通其总线开关，接收到一帧完整的第一设备发出的编号信息，则标记自身为第二设备；

f．第二设备断开自身的总线开关，通过其CAN驱动引擎向其第二总线发出本设备的附有编号信息的脉冲信号，发数成功就停止发数，然后接通其总线开关；

g．与第二设备右邻的设备如步骤e，标记自身为第三设备；

h．其余依次右邻的设备按步骤f、g，直到步骤a所述拓扑结构中的最右端设备标记自身为第N设备；

i．第N设备断开自身的总线开关，通过其CAN驱动引擎向其第二总线发出本设备的附有编号信息的脉冲信号，并保持设定的时间，时间满后，脉冲信号依然能够发送成功，则接通总线开关，向现场总线发出包含设备总数信息的结束信号。

4.如权利要求3所述一种连接于CAN现场总线设备的自动顺序编号方法，其特征在于，所述连接于CAN现场总线的每台设备都各自连接有自动顺序编号电路，该电路包括

单片机，具有CAN驱动引擎模块、脉冲计数器模块：

接收器，通过第一光电耦合器与单片机的脉冲计数器模块具有信号连接；

总线收发器，通过第二光电耦合器与单片机的CAN驱动引擎模块具有信号连接；

总线开关，串联于现场总线中，将CAN现场总线分为第一总线和第二总线两部分，其一端电连接第一总线，另一端电连接第二总线；

接收器与第一总线电连接；

总线收发器与第二总线电连接。

5.如权利要求4所述一种连接于CAN现场总线设备的自动顺序编号方法，其特征在于，所述步骤d中，第一设备脉冲信号发送成功后则停止发送，然后接通其总线开关。

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