CN102904790A - 一种远距离can总线通信系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种远距离CAN总线通信系统及其实现方法，所述系统包括安装于变电站或环网柜的集中单元以及分别安装于电缆隧道巷壁的多个采集单元，所述集中单元通过所述CAN总线分别与每个所述采集单元连接，该技术方案只需敷设一条CAN总线，即可实现对电缆隧道内的状态监测；另外，该技术方案解决了远距离CAN总线通信的各采集单元的终端电阻匹配问题，并且解决了各单元之间通信波特率不一致的问题，本方案在通信距离远的情况下，兼具灵活和方便的特点。

Description

一种远距离CAN总线通信系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及电力通信系统，尤其涉及一种远距离CAN总线通信系统及其实现方法。

背景技术

随着城市的加速发展，电力隧道的迅速增长，电力负荷的急剧增加，如何避免隧道内电缆因过载、过热等情况引起的运行安全事故，隧道内积水、有毒气体等影响到供电系统的安全，需要采用现代化的技术手段来提高电力隧道、管井运行维护水平。

电缆运行管理部门每年投入大量的人力、物力，对电缆隧道内环境以及电缆运行状况进行巡视检查，特别是在高气温、大负荷季节下进行大量的巡线工作，对隧道内电缆接头进行测温，隧道井盖的防偷窃或破坏巡视，以及隧道内积水高度，有毒有害气体检测等，但仍然无法实时掌握，进行预防预测。这种状况下，亟待建立一个电缆状态监测系统，对影响隧道内电缆线路运行的重要状态进行实时监测。

目前，现有的电缆隧道监测系统方法是：采用RS485总线的监测；或者采用光缆作为通讯线进行监测。

但是，现有技术具有以下缺点：

采用RS485总线通信的电缆隧道监测系统，其通信距离短，而且RS485总线只能实现主从式通信方式，只有主节点轮询从节点时，从节点接收到轮询命令后才上传数据。对于电缆隧道内出现突发事件产生的遥信时，这种通信方式就不能满足实际需要。

采用光缆通信的电缆隧道监测系统，其布线复杂，对于系统需要进行电光-光电转换才可以实现通信，从而导致整个系统成本增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术通信距离短、通信不灵活和成本高的缺陷，提供一种通信距离远、灵活和方便的远距离CAN总线通信系统及其实现方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种远距离CAN总线通信系统，所述系统包括安装于变电站或环网柜的集中单元以及分别安装于电缆隧道巷壁的多个采集单元，所述集中单元通过所述CAN总线分别与每个所述采集单元连接，其中：

所述集中单元，对每个所述采集单元发送所述召测命令，并接收每个所述采集单元上传的遥测报文， 

每个所述采集单元，用于在收到所述召测命令后采集状态信息，并根据所述状态信息生成遥测值，从而将所述遥测值按照CAN协议打包成遥测报文，通过所述CAN总线将所述遥测报文上传到所述集中单元。

优选地，所述CAN总线包括两个CAN接口，其中，每个CAN接口均包括CANH信号和CANL信号。

优选地，所述CAN总线末端的两个采集单元在所述CANH信号和所述CANL信号之间设有用于实现所述CAN总线通信正常的终端电阻。

优选地，所述集中单元与每个所述采集单元之间或者每个所述采集单元之间设有用于实现不同波特率在所述CAN总线上通信的CAN网桥。

优选地，所述采集单元通过传感器采集所述状态信息，所述遥测报文中携带所述召测命令。

优选地，所述状态信息包括有害及可燃气体的气体浓度信息和所述电缆隧道内积水的水位高度信息；所述气体浓度信息通过气体传感器采集；所述水位高度信息通过水位传感器采集。

本发明还提供一种远距离CAN总线通信系统实现方法，所述系统为上述任一项所述的系统，所述方法包括以下步骤：

S100.所述采集单元上电初始化后接收所述集中单元下发预设阀值的命令，并将所接收的预设阀值保存至本地ROM；

S200.判断所述采集单元是否接收到所述召测命令，若否，则循环步骤S 200，若是，则执行步骤S300；

S300.所述采集单元通过传感器采集状态信息，并根据所述状态信息生成遥测值；

S400.将所述遥测值按照CAN协议打包成携带召测命令的遥测报文后，通过所述CAN总线将所述遥测报文上传到所述集中单元，步骤结束。

优选地，所述步骤S300之后还包括以下步骤：

S310.将所述遥测值与所述预设阀值进行比较，并根据比较结果生成对应的虚遥信；

S320.判断所述虚遥信是否变位，若是，则执行步骤S330，若否，则循环该步骤S320;

S330.将变位后的虚遥信生成对应的SOE事件，所述采集单元主动将所述SOE时间上传至所述集中单元。

优选地，所述步骤S310具体包括：

若所述遥测值小于所述预设阀值，则生成处于开状态的虚遥信；

若所述遥测值不小于所述预设阀值，则生成处于合状态的虚遥信。

优选地，所述步骤S320中判断所述虚遥信是否变位具体为：

若当前虚遥信与前一时刻的虚遥信同时处于合状态或者开状态，则所述虚遥信未变位；若否，则所述虚遥信变位。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：该技术方案只需敷设一条CAN总线，即可实现对电缆隧道内的状态监测；另外，该技术方案解决了远距离CAN总线通信的各采集单元的终端电阻匹配问题，并且解决了各单元之间通信波特率不一致的问题，本方案在通信距离远的情况下，兼具灵活和方便的特点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明远距离CAN总线通信系统的第一实施例结构示意图；

图2是本发明远距离CAN总线通信系统的第二实施例结构示意图；

图3是本发明远距离CAN总线通信系统的第三实施例结构示意图；

图4是本发明远距离CAN总线通信系统实现方法的流程图。

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。

请参阅图1，图1是本发明远距离CAN总线通信系统的第一实施例结构示意图，如图1所示，所述系统包括安装于变电站或环网柜的集中单元1以及分别安装于电缆隧道巷壁的多个采集单元，例如，采集单元21、采集单元22…采集单元2n等等，其中，n为自然数，下述多个采集单元的含义相同，下述不一一详述，所述集中单元1通过所述CAN总线分别与每个所述采集单元连接，其中：

每个所述采集单元，用于通过传感器采集状态信息，并根据所述状态信息生成遥测值，从而将所述遥测值按照CAN协议打包成携带召测命令的遥测报文后，通过所述CAN总线将所述遥测报文上传到所述集中单元1，其中，所述状态信息包括有害及可燃气体的气体浓度信息和所述电缆隧道内积水的水位高度信息；需要说明的是，该有害及可燃气体指的是CO、O2、H2S、CH4等气体，本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述。

在该方案中，所述气体浓度信息通过气体传感器采集；所述水位高度信息通过水位传感器采集，在此不再赘述。

所述集中单元1，对每个所述采集单元发送所述召测命令，并用于接收每个所述采集单元上传的所述遥测报文，召测命令实际上就是集中单元向每个采集单元发送采集状态信息并上传的命令，而每个采集单元在接收到召测命令后进行信息采集，并用遥测报文的形式将所采集的信息发送给集中单元，然后集中单元接收遥测报文。在有些情况下，集中单元发出的命令有很多，为了准确的辨识集中单元收到的遥测报文是针对哪个命令做出的，采集单元在发送遥测报文是优选的携带所述召测命令，那么集中单元收到遥测报文并解析出召测命令，就可以知道是向哪个采集单元发出的召测命令获得了回复。

值得一提的是，所述CAN总线包括两个CAN接口，其中，每个CAN接口均包括CANH信号和CANL信号。请结合参阅图2，图2是本发明远距离CAN总线通信系统的第二实施例结构示意图，如图2所示，所述CAN总线末端的两个采集单元在所述CANH信号和所述CANL信号之间设有用于实现所述CAN总线通信正常的终端电阻R。

需要解释的是，在远距离CAN总线通信中，为了防止CAN总线中的CANH信号和CANL信号反射，并且保证整个CAN总线的特征阻抗维持在可通信的范围内，在CAN总线末端的两个采集单元在CANH信号和CANL信号之间设有终端电阻，这样的话，即可将解决远距离CAN总线通信的终端电阻匹配问题，其中，该终端电阻的阻值为120欧姆，该120欧姆的终端电阻是国际标准推荐的CAN总线的终端电阻，本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述。

请结合参阅图3，图3是本发明远距离CAN总线通信系统的第三实施例结构示意图，如图3所示，需要说明的是，在该实施例中，在CAN总线末端的两个采集单元在CANH信号和CANL信号之间设有终端电阻（图未示），本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述；所述集中单元1与每个所述采集单元之间或者每个所述采集单元之间设有用于实现不同波特率在所述CAN总线上通信的CAN网桥。

应当说明的是，图3中，若采集单元21在CAN总线上设置的波特率为波特率1，其余采集单元在CAN总线上设置的波特率为波特率2，例如采集单元22…采集单元2n，集中单元1在CAN总线上设置的波特率为波特率3，在本实施例中，为了实现不同波特率在CAN总线上进行通信，本方案设计了CAN网桥进行解决；具体来说，对于波特率1的采集单元21为了与其他采集单元在CAN总线上所有采集单元的正常通信，采用CAN网桥实现将波特率1转换为波特率2，从而实现了CAN总线上波特率一致;所有采集单元和波特率3的集中单元1通信，必须利用CAN网桥将波特率2转换为波特率3。这样便可实现CAN总线上所有单元的正常通信，在此不再详述。 

请参阅图4，图4是本发明远距离CAN总线通信系统实现方法的流程图，如图4所示，所述方法包括以下步骤：

在步骤S100中，所述采集单元上电初始化后接收所述集中单元下发预设阀值的命令，并将所接收的预设阀值保存至本地ROM；应当说明的是，在本实施例中，采集单元上电初始化包括：IO口初始化、时钟初始化、串口初始化以及CAN控制器初始化等等，本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述。

在步骤S200中，判断所述采集单元是否接收到所述召测命令，若是，则循环步骤S200，若否，则执行步骤S300；

在步骤S300中，所述采集单元通过传感器采集状态信息，并根据所述状态信息生成遥测值；

在步骤S400中，将所述遥测值按照CAN协议打包成携带召测命令的遥测报文后，通过所述CAN总线将所述遥测报文上传到所述集中单元，步骤结束。

所述步骤S300之后还包括以下步骤：

在步骤S310中，将所述遥测值与所述预设阀值进行比较，并根据比较结果生成对应的虚遥信；

在步骤S320中，判断所述虚遥信是否变位，若是，则执行步骤S330，若否，则循环该步骤S320;

在步骤S330中，将变位后的虚遥信生成对应的SOE事件，所述采集单元主动将所述SOE时间上传至所述集中单元。

需要说明的是，步骤S300之后的步骤S310-S330与步骤S400没有必然先后关系，互不干涉。

所述步骤S310具体包括：

若所述遥测值小于所述预设阀值，则生成处于开状态的虚遥信；

若所述遥测值不小于所述预设阀值，则生成处于合状态的虚遥信。

这里的开状态和合状态是本领域中虚遥信的两种状态，用遥测值与阈值比较后的大小定义是开或者合状态，再根据状态的类型，选择是否报警。例如，遥测值小于阀值定义为开状态，遥测值不小于阈值时定义为合状态，定义在合状态下报警，开状态不报警；那么也就是在遥测值大于或等于阈值时报警。

所述步骤S320中判断所述虚遥信是否变位具体为：

若当前虚遥信与前一时刻的虚遥信同时处于合状态或者开状态，则所述虚遥信未变位；若否，则所述虚遥信变位，其中，该当前虚遥信即所述虚遥信，这里的变位指的是所述虚遥信与前一时刻的虚遥信的状态不一致，也就是说，若所述虚遥信与前一时刻的虚遥信一个处于合状态，另一个处于开状态，则该虚遥信变位，在此不再赘述。

值得一提的是，在该方案中，所述CAN协议为CAN 2.0协议。

相较于现有技术，该技术方案只需敷设一条CAN总线，即可实现对电缆隧道内的状态监测；另外，该技术方案解决了远距离CAN总线通信的各采集单元的终端电阻匹配问题，并且解决了各单元之间通信波特率不一致的问题，本方案在通信距离远的情况下，兼具灵活和方便的特点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种远距离CAN总线通信系统，其特征在于，所述系统包括安装于变电站或环网柜的集中单元以及分别安装于电缆隧道巷壁的多个采集单元，所述集中单元通过所述CAN总线分别与每个所述采集单元连接，其中：

所述集中单元，对每个所述采集单元发送所述召测命令，并接收每个所述采集单元上传的遥测报文， 

每个所述采集单元，用于在收到所述召测命令后采集状态信息，并根据所述状态信息生成遥测值，从而将所述遥测值按照CAN协议打包成遥测报文，通过所述CAN总线将所述遥测报文上传到所述集中单元。

2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CAN总线包括两个CAN接口，其中，每个CAN接口均包括CANH信号和CANL信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述CAN总线末端的两个采集单元在所述CANH信号和所述CANL信号之间设有用于实现所述CAN总线通信正常的终端电阻。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述集中单元与每个所述采集单元之间或者每个所述采集单元之间设有用于实现不同波特率在所述CAN总线上通信的CAN网桥。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集单元通过传感器采集所述状态信息，所述遥测报文中携带所述召测命令。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中，所述状态信息包括有害及可燃气体的气体浓度信息和所述电缆隧道内积水的水位高度信息；

所述气体浓度信息通过气体传感器采集；所述水位高度信息通过水位传感器采集。

7.一种远距离CAN总线通信系统实现方法，其特征在于，所述系统为上述权利要求1至6任一项所述的系统，所述方法包括以下步骤：

S100.所述采集单元上电初始化后接收所述集中单元下发预设阀值的命令，并将所接收的预设阀值保存至本地ROM；

S200.判断所述采集单元是否接收到所述召测命令，若否，则循环步骤S 200，若是，则执行步骤S300；

S300.所述采集单元通过传感器采集状态信息，并根据所述状态信息生成遥测值；

S400.将所述遥测值按照CAN协议打包成携带召测命令的遥测报文后，通过所述CAN总线将所述遥测报文上传到所述集中单元，步骤结束。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S300之后还包括以下步骤：

S310.将所述遥测值与所述预设阀值进行比较，并根据比较结果生成对应的虚遥信；

S320.判断所述虚遥信是否变位，若是，则执行步骤S330，若否，则循环该步骤S320;

S330.将变位后的虚遥信生成对应的SOE事件，所述采集单元主动将所述SOE时间上传至所述集中单元。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S310具体包括：

若所述遥测值小于所述预设阀值，则生成处于开状态的虚遥信；

若所述遥测值不小于所述预设阀值，则生成处于合状态的虚遥信。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S320中判断所述虚遥信是否变位具体为：

若当前虚遥信与前一时刻的虚遥信同时处于合状态或者开状态，则所述虚遥信未变位；若否，则所述虚遥信变位。

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