CN102055634A

CN102055634A - 一种基于光纤的can节点互联装置

Info

Publication number: CN102055634A
Application number: CN2010105859121A
Authority: CN
Inventors: 陈建明; 杨洪波; 王征宇; 张斌斌
Original assignee: Hunan CSR Times Electric Vehicle Co Ltd
Current assignee: Changsha CRRC Zhiyu New Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: CN102055634B

Abstract

本发明公开了一种基于光纤的CAN节点互联装置，包括节点1，节点2，光纤网络，节点1和节点2通过光纤网络连接。节点1CANTX1与第一电光转换模块相连，经过光纤网络和第二光电转换模块后与来自节点2的CANTX2共同作为第二与门逻辑电路的输入，第二与门逻辑电路输出连接至节点2的CANRX2；节点2的CANTX2与第二电光转换模块相连，经过光纤网络和第一光电转换模块后与来自节点1的CANTX1共同作为第一与门逻辑电路的输入，第一与门逻辑电路输出连接至节点1的CANRX1。通过实施本发明技术方案，无需设计专用光纤接口板，在不同节点设计时采用相同的接口电路，简化了电路设计，提高了电路板通用性。

Description

一种基于光纤的CAN节点互联装置

技术领域

本发明涉及一种网络互联装置，尤其是涉及一种基于光纤的CAN两节点或者两个节点以上的多节点互联装置，可以广泛地用于汽车电子、楼宇自动化、工业网络等领域。

背景技术

CAN（Controller Area Network，控制器局部网）总线网络是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。CAN网络作为一种成熟的网络接口已广泛应用于汽车电子、楼宇自动化、工业网络等领域。CAN总线可以采用双绞线、同轴电缆或光纤作为传输介质，它的直接通讯距离最远可达10km，通讯速率可高达1Mbps(此时通讯距离为40m)；总线上可以挂设备数主要取决于总线驱动电路，最多可达110个。现在常用的介质多为双绞线介质，在实际应用场合可能由于总线驱动能力，干扰等原因，电缆方案有些力不从心，光纤介质不实为一种特殊工作环境的替代方案。

现有技术的CAN网络接口主要采用电缆作为传输介质，CAN控制芯片信号经专用接口芯片处理后，通过电缆与别的节点实现互联。传统的光纤CAN接口方案在2个节点互联时有局限性，多节点光纤组网几乎不可行。在强干扰的场合也有通过光纤实现节点互联的应用，如图1所示。节点1的CANTX与CANRX通过传送介质（即把光纤作为光耦使用）与另一端光纤接口板相连，经过光纤接口板处理后，由专用接口芯片接口，得到CANH，CANL信号，再与另一个节点2实现组网，从而实现节点1与节点2间电气隔离。此方案设计了一专用光纤接口板，在点对点CAN网络光纤接口设计时显得有些多余。同时在采用电缆进行多节点互联时，可能因线缆太长，阻抗等问题，造成节点不能可靠工作。拟采用前面描述的光纤方案，使全部节点通过光纤互联。

如图2所示的是一种现有技术多控制器局域网总线式光纤网的故障录波及数据采集系统组成结构示意图。此方案采用前述现有技术实施方式描述的光纤接口板方案。图中用实线框部分为第1节提到的光纤接口板。图1方案中光纤节点的CANTX信号经过光纤输出到光纤接口板，经光纤接口板处理后得到CANTX，再专用接口芯片处理处得到CANH，CANL信号，以及回送的CANRX信号。相应的输入CANRX处理过程为上面的逆过程。我们可以将上面的光纤传输看做CANTX，CANRX电平信号通过光纤传输。在以上方案中，要实现多点光纤互联，则各节点必须按图1所示的方案设计节点电路，光纤接口板电路，按图1所示的方式连接。然后，多个光纤接口板输出CANH，CANL再互联，如图3所示。由以上分析，现有技术存在如下问题：多节点互联需设计专用的光纤接口板，且较复杂。

发明内容

本发明提供一种基于光纤的CAN节点互联装置，该装置无需设计专用的光纤接口板，在不同的节点电路板设计时采用相同的接口电路，简化了电路设计，提高了电路板通用性的基础之上，很方便地实现了多节点光纤互联。

本发明提供一种基于光纤的CAN节点互联装置的具体实施方式，一种基于光纤的CAN节点互联装置，包括：节点1，节点2，光纤网络，节点1和节点2为CAN网络节点，节点1和节点2之间通过光纤网络进行连接，节点1包括第一电光转换模块、第一光电转换模块、第一与门逻辑电路，节点2包括第二光电转换模块、第二电光转换模块、第二与门逻辑电路，节点1的CANTX1信号端与第一电光转换模块相连，经过光纤网络和第二光电转换模块后与来自节点2的CANTX2反馈信号共同作为第二与门逻辑电路的输入，第二与门逻辑电路的输出连接至节点2的CANRX2信号端；节点2的CANTX2信号端与第二电光转换模块相连，并经过光纤网络和第一光电转换模块后与来自节点1的CANTX1反馈信号共同作为第一与门逻辑电路的输入，第一与门逻辑电路的输出连接至节点1的CANRX1信号端。

作为本发明一种基于光纤的CAN节点互联装置进一步的实施方式，节点1包括第一缓冲放大器，第一缓冲放大器连接于CANTX1信号端与第一电光转换模块之间。

作为本发明一种基于光纤的CAN节点互联装置进一步的实施方式，节点2包括第二缓冲放大器，第二缓冲放大器连接于CANTX2信号端与第二电光转换模块之间。

作为本发明一种基于光纤的CAN节点互联装置进一步的实施方式，节点1为发送状态，节点2为接收状态，当CANTX1信号端为0时，CANRX1信号端为0，CANRX2信号端为0，CANTX2信号端悬空，总线状态为显性；当CANTX1信号端为1时，CANRX1信号端为1，CANRX2信号端为1，CANTX2信号端悬空，总线状态为隐性。

作为本发明一种基于光纤的CAN节点互联装置进一步的实施方式，节点2为发送状态，节点1为接收状态，当CANTX2信号端为0时，CANRX2信号端为0，CANRX1信号端为0，CANTX1信号端悬空，总线状态为显性；当CANTX2信号端为1时，CANRX2信号端为1，CANRX1信号端为1，CANTX1信号端悬空，总线状态为隐性。

本发明还提供一种应用于两个以上CAN节点互联的基于光纤的CAN节点互联装置的具体实施方式，一种基于光纤的CAN节点互联装置，包括：n+1个节点和光纤接口板，其中n大于1，n+1个节点之间通过光纤接口板进行连接，每个节点包括电光转换模块和光电转换模块，电光转换模块连接CANTX信号端，光电转换模块连接CANRX信号端，光纤接口板包括与门逻辑电路和光电转换电路，与门逻辑电路）包括n+1个输入端，光电转换电路包括第三光电转换模块，第四电光转换模块，第三电光转换模块，第四光电转换模块，其中任一个节点的CANTX信号经过第一电光转换模块通过光纤传输与第三光电转换模块相连，第三光电转换模块的输出连接至与门逻辑电路的输入端，与门逻辑电路的输出端通过第三电光转换模块和第一光电转换模块连接至该节点的CANRX信号端；其中另一个节点的CANTX信号经过第二电光转换模块通过光纤传输与第四光电转换模块相连，第四光电转换模块的输出连接至与门逻辑电路的输入端，与门逻辑电路的输出端通过第四电光转换模块和第二光电转换模块连接至该节点的CANRX信号端。

作为本发明一种基于光纤的CAN节点互联装置应用于两个以上CAN节点互联进一步的实施方式，在任一个节点的CANTX信号端与第一电光转换模块之间连接有第一缓冲放大器。在另一个节点的CANTX信号端与第二电光转换模块之间连接有第二缓冲放大器。

作为本发明一种基于光纤的CAN节点互联装置应用于两个以上CAN节点互联进一步的实施方式，节点M为发送状态，节点L为接收状态，2＜M、L≤n+1,当节点M的CANTXM信号端为0时，CANRXM信号端为0，CANRXL信号端为0，CANTXL信号端悬空，总线状态为显性；当CANTXM信号端为1时，CANRXM信号端为1，CANRXL信号端为1，CANTXL信号端悬空，总线状态为隐性。

作为本发明一种基于光纤的CAN节点互联装置应用于两个以上CAN节点互联进一步的实施方式，节点L为发送状态，节点M为接收状态，2＜M、L≤n+1,当节点L的CANTXL信号端为0时，CANRXL信号端为0，CANRXM信号端为0，CANTXM信号端悬空，总线状态为显性；当CANTXL信号端为1时，CANRXL信号端为1，CANRXM信号端为1，CANTXM信号端悬空，总线状态为隐性。

通过应用本发明实施方式所描述的一种基于光纤的CAN节点互联装置，无需设计专用的光纤接口板，在不同的节点电路板设计时采用相同的接口电路，在简化了电路设计，提高了电路板通用性的基础之上，很方便地实现了多节点光纤互联。同时采用光纤进行信号传输，克服了现有技术在采用电缆进行多节点互联时，因线缆太长，阻抗等问题，造成节点不能可靠工作的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种现有技术2个CAN节点光纤接口设计方案的结构组成示意图；

图2为一种现有技术采用光纤接口板方案进行两个CAN节点互联设计方案的结构组成示意图；

图3为一种现有技术多个CAN节点之间互联组网装置的结构组成示意图；

图4为一种现有技术CAN接口芯片的内部结构组成示意图；

图5为本发明一种基于光纤的CAN节点互联装置在两个CAN节点组网应用中的结构组成示意图；

图6为本发明一种基于光纤的CAN节点互联装置在n+1个CAN节点组网应用中的结构组成示意图；

其中，1-节点1，2-节点2，3-光纤网络，4-第一电光转换模块，5-第二光电转换模块，6-第一光电转换模块，7-第二电光转换模块，8-第一与门逻辑电路，9-第二与门逻辑电路，10-第一缓冲放大器，11-第二缓冲放大器，12-光纤接口板，13-光电转换电路一，14-与门逻辑电路，15-第三光电转换模块，16-第四电光转换模块，17-第三电光转换模块，18-第四光电转换模块，19-节点3，20-节点4，21-光电转换电路二，22-节点n，23-节点n+1,24-光电转换电路n。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

作为本发明一种基于光纤的CAN节点互联装置的具体实施方式，如图5所示的一种基于光纤的CAN节点互联装置，包括：节点1，节点2，光纤网络3，节点1和节点2为CAN网络节点，节点1和节点2之间通过光纤网络进行连接，节点1包括第一电光转换模块、第一光电转换模块、第一与门逻辑电路，节点2包括第二光电转换模块5、第二电光转换模块7、第二与门逻辑电路9，节点1的CANTX1信号端与第一电光转换模块4相连，经过光纤网络3和第二光电转换模块5后与来自节点2的CANTX2反馈信号共同作为第二与门逻辑电路9的输入，第二与门逻辑电路9的输出连接至节点2的CANRX2信号端；节点2的CANTX2信号端与第二电光转换模块7相连，并经过光纤网络3和第一光电转换模块6后与来自节点1的CANTX1反馈信号共同作为第一与门逻辑电路8的输入，第一与门逻辑电路8的输出连接至节点1的CANRX1信号端。为了进一步增强总线驱动能力，节点1进一步包括第一缓冲放大器10，第一缓冲放大器10连接于CANTX1信号端与第一电光转换模块4之间。节点2进一步包括第二缓冲放大器11，第二缓冲放大器11连接于CANTX2信号端与第二电光转换模块7之间。

本发明的具体实施方式拟结合CAN规范，在电路板上模拟CAN接口芯片的控制逻辑，实现CAN信号光纤传播及多光纤节点组网。一种典型的CAN接口芯片的原理框图如图4所示。采用电缆线及CAN接口芯片实现网络互联，当CANTX为0时，总线为显性，CANTX为1时，总线为隐性。显性和隐性同时发送时，总线为显性。在仲裁期间，发送节点对总线电平进行监视，若发送和接收相同则继续发送，因此CANRX要监控CANTX 状态。CAN接口芯片很好地实现了信号回送地功能。TXD，RXD，CANH，CANL信号对应表见表1。

表1：

本发明的原理图如图5示。设节点1为发送状态，节点2为接收状态，CAN接口逻辑如表2所示，当CANTX1信号端为0时，CANRX1信号端为0，CANRX2信号端为0，CANTX2信号端悬空，总线状态为显性；当CANTX1信号端为1时，CANRX1信号端为1，CANRX2信号端为1，CANTX2信号端悬空，总线状态为隐性，符合表1所示的逻辑；同理，设节点2为发送状态，节点1为接收状态，也有相同的逻辑。当CANTX2信号端为0时，CANRX2信号端为0，CANRX1信号端为0，CANTX1信号端悬空，总线状态为显性；当CANTX2信号端为1时，CANRX2信号端为1，CANRX1信号端为1，CANTX1信号端悬空，总线状态为隐性。

表2：

基于以上两CAN节点互联的情况，可推广到多CAN节点光纤互联，如图6所示。一种基于光纤的CAN节点互联装置应用于两个以上CAN节点互联进一步的实施方式，包括n+1个节点和光纤接口板12，其中n大于1，n+1个节点之间通过光纤接口板12进行连接，每个节点包括电光转换模块和光电转换模块，电光转换模块连接CANTX信号端，光电转换模块连接CANRX信号端，光纤接口板12包括与门逻辑电路14和光电转换电路，与门逻辑电路14包括n+1个输入端，光电转换电路包括第三光电转换模块15，第四电光转换模块16，第三电光转换模块17，第四光电转换模块18，其中任一个节点的CANTX信号经过第一电光转换模块4通过光纤传输与第三光电转换模块15相连，第三光电转换模块15的输出连接至与门逻辑电路14的输入端，与门逻辑电路14的输出端通过第三电光转换模块17和第一光电转换模块6连接至该节点的CANRX信号端；其中另一个节点的CANTX信号经过第二电光转换模块7通过光纤传输与第四光电转换模块18相连，第四光电转换模块18的输出连接至与门逻辑电路14的输入端，与门逻辑电路14的输出端通过第四电光转换模块16和第二光电转换模块5连接至该节点的CANRX信号端。在其中一个节点的CANTX信号端与第一电光转换模块4之间连接有第一缓冲放大器10。在另一个节点的CANTX信号端与第二电光转换模块7之间连接有第二缓冲放大器11。从中可以看出，每个光纤节点的电路设计均是相同的。

基于光纤的CAN节点互联装置应用于两个以上CAN节点互联的接口逻辑关系具体如下：设节点M为发送状态，节点L为接收状态，2＜M、L≤n+1,当节点M的CANTXM信号端为0时，CANRXM信号端为0，CANRXL信号端为0，CANTXL信号端悬空，总线状态为显性；当CANTXM信号端为1时，CANRXM信号端为1，CANRXL信号端为1，CANTXL信号端悬空，总线状态为隐性。设节点L为发送状态，节点M为接收状态，2＜M、L≤n+1,当节点L的CANTXL信号端为0时，CANRXL信号端为0，CANRXM信号端为0，CANTXM信号端悬空，总线状态为显性；当CANTXL信号端为1时，CANRXL信号端为1，CANRXM信号端为1，CANTXM信号端悬空，总线状态为隐性。在多CAN节点电缆互联的方案中也可参照此实施方式。

本发明所述的具体实施方式在CAN光纤接口电路中，用逻辑处理电路模拟CAN接口逻辑，取消电平转换芯片，实现2个CAN节点光纤互联及多节点互联。且节点光纤电路设计完全一致。此种方案也可推广应用到电缆互联方案中。在多节点组网的网络中，若无干扰的情况，可以参照图5中所示的技术方案，采用电缆线代替光纤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于光纤的CAN节点互联装置，其特征在于：包括节点1（1），节点2（2），光纤网络（3），节点1（1）和节点2（2）为CAN网络节点，节点1（1）和节点2（2）之间通过光纤网络（3）进行连接，节点1（1）包括第一电光转换模块（4）、第一光电转换模块（6）、第一与门逻辑电路（8），节点2（2）包括第二光电转换模块（5）、第二电光转换模块（7）、第二与门逻辑电路（9）；

节点1（1）的CANTX1信号端与第一电光转换模块（4）相连，经过光纤网络（3）和第二光电转换模块（5）后与来自节点2（2）的CANTX2反馈信号共同作为第二与门逻辑电路（9）的输入，第二与门逻辑电路（9）的输出连接至节点2（2）的CANRX2信号端；节点2（2）的CANTX2信号端与第二电光转换模块（7）相连，并经过光纤网络（3）和第一光电转换模块（6）后与来自节点1（1）的CANTX1反馈信号共同作为第一与门逻辑电路（8）的输入，第一与门逻辑电路（8）的输出连接至节点1（1）的CANRX1信号端。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤的CAN节点互联装置，其特征在于：所述的节点1（1）包括第一缓冲放大器（10），第一缓冲放大器（10）连接于CANTX1信号端与第一电光转换模块（4）之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于光纤的CAN节点互联装置，其特征在于：所述的节点2（2）包括第二缓冲放大器（11），第二缓冲放大器（11）连接于CANTX2信号端与第二电光转换模块（7）之间。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤的CAN节点互联装置，其特征在于：节点1（1）为发送状态，节点2（2）为接收状态，当CANTX1信号端为0时，CANRX1信号端为0，CANRX2信号端为0，CANTX2信号端悬空，总线状态为显性；当CANTX1信号端为1时，CANRX1信号端为1，CANRX2信号端为1，CANTX2信号端悬空，总线状态为隐性。

5.根据权利要求3所述的一种基于光纤的CAN节点互联装置，其特征在于：节点2（2）为发送状态，节点1（1）为接收状态，当CANTX2信号端为0时，CANRX2信号端为0，CANRX1信号端为0，CANTX1信号端悬空，总线状态为显性；当CANTX2信号端为1时，CANRX2信号端为1，CANRX1信号端为1，CANTX1信号端悬空，总线状态为隐性。

6.一种基于光纤的CAN节点互联装置，其特征在于：包括n+1个节点和光纤接口板（12），其中n大于1，n+1个节点之间通过光纤接口板（12）进行连接，每个节点包括电光转换模块和光电转换模块，电光转换模块连接CANTX信号端，光电转换模块连接CANRX信号端，光纤接口板（12）包括与门逻辑电路（14）和光电转换电路，与门逻辑电路（14）包括n+1个输入端，光电转换电路包括第三光电转换模块（15），第四电光转换模块（16），第三电光转换模块（17），第四光电转换模块（18），其中任一个节点的CANTX信号经过第一电光转换模块（4）通过光纤传输与第三光电转换模块（15）相连，第三光电转换模块（15）的输出连接至与门逻辑电路（14）的输入端，与门逻辑电路（14）的输出端通过第三电光转换模块（17）和第一光电转换模块（6）连接至该节点的CANRX信号端；其中另一个节点的CANTX信号经过第二电光转换模块（7）通过光纤传输与第四光电转换模块（18）相连，第四光电转换模块（18）的输出连接至与门逻辑电路（14）的输入端，与门逻辑电路（14）的输出端通过第四电光转换模块（16）和第二光电转换模块（5）连接至该节点的CANRX信号端。

7.根据权利要求6所述的一种基于光纤的CAN节点互联装置，其特征在于：在所述节点的CANTX信号端与第一电光转换模块（4）之间连接有第一缓冲放大器（10）。

8.根据权利要求6或7所述的一种基于光纤的CAN节点互联装置，其特征在于：在所述另一个节点的CANTX信号端与第二电光转换模块（7）之间连接有第二缓冲放大器（11）。

9.根据权利要求8所述的一种基于光纤的CAN节点互联装置，其特征在于：节点M为发送状态，节点L为接收状态，2＜M、L≤n+1,当节点M的CANTXM信号端为0时，CANRXM信号端为0，CANRXL信号端为0，CANTXL信号端悬空，总线状态为显性；当CANTXM信号端为1时，CANRXM信号端为1，CANRXL信号端为1，CANTXL信号端悬空，总线状态为隐性。

10.根据权利要求8所述的一种基于光纤的CAN节点互联装置，其特征在于：节点L为发送状态，节点M为接收状态，2＜M、L≤n+1,当节点L的CANTXL信号端为0时，CANRXL信号端为0，CANRXM信号端为0，CANTXM信号端悬空，总线状态为显性；当CANTXL信号端为1时，CANRXL信号端为1，CANRXM信号端为1，CANTXM信号端悬空，总线状态为隐性。