CN103067241A - 一种can总线信号传输装置及测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CAN总线信号传输装置及测试系统，包括：接入被测对象的CAN总线的阻抗匹配单元，用于启用和该被测对象匹配的电阻，接收该CAN总线中的电信号形式的CAN总线信号并进行输出；连接该阻抗匹配单元的第一光电转换器，用于接收该阻抗匹配单元输出的电信号形式的CAN总线信号，将该电信号形式的CAN总线信号转换为光信号形式的CAN总线信号后输出；连接该第一光电转换器的第二光电转换器，用于接收该光信号形式的CAN总线信号，将该光信号形式的CAN总线信号转换为该电信号形式的CAN总线信号后输出。采用本发明提供的装置及系统，能够提高CAN总线测试的准确性。

Description

一种CAN总线信号传输装置及测试系统

技术领域

本发明涉及现场总线技术领域，尤其涉及一种CAN总线信号传输装置及测试系统。

背景技术

CAN（Controller Area Network，控制器局域网）总线是国际上应用最广泛的现场总线之一，在很多工程机械中都采用CAN总线来实现机械的多个电子设备之间的通信。CAN总线系统结构如图1所示，CAN总线采用两条信号线，即CAN-H线和CAN-L线传输方波信号，在CAN-H线和CAN-L线的两端，分别通过一个终端电阻相连，这两个终端电阻为CAN总线系统的主控节点DN，连接于两个主控节点间的电子设备为非主控节点N-DN。其中，终端电阻也可以为阻抗等效的电子设备。由于很多机械的实际作业现场环境恶劣，因此在设计过程中需要进行多种测试，以确保在实际作业现场中CAN总线通信的可靠性。

很多测试在进行时要求被测对象和分析装置间存在一定距离，例如电磁兼容测试，目前大多数的电磁兼容测试均要求在屏蔽室或电波暗室中进行，根据测试需求，将CAN总线系统的主控节点设备、CAN总线系统的非主控节点设备或者整个CAN总线系统作为被测对象放置在测试场地中进行测试，为排除分析装置对电磁兼容测试造成影响，需将分析装置放置在测试场地外，测试场地内外距离通常有10到30米。在此类要求被测对象和分析装置间存在一定距离的情况时，为防止信号传输线缆过长对CAN总线信号质量的影响，现有技术中多利用光电转换器将测试场地中电信号形式的CAN总线信号转换为光信号形式的CAN总线信号，通过光纤电缆将该光信号形式的CAN总线信号传输至测试场地外，再通过一个光电转换器将光信号形式的CAN总线信号转换回电信号形式的CAN总线信号，供分析装置进行分析。

然而，光电转换器的使用相当于在CAN总线上接入了新的电子设备，由于光电转换器的阻抗没有特定标准，并且其阻抗不能随意变换，当光电转换器的阻抗不满足CAN总线协议物理层要求时，便会对测试结果造成影响，导致测试的准确性降低。

发明内容

本发明实施例提供一种CAN总线信号传输装置及测试系统，用以提高CAN总线测试的准确性。

本发明实施例提供一种CAN总线信号传输装置，包括：

接入被测对象的CAN总线的阻抗匹配单元，用于启用和所述被测对象匹配的电阻，接收所述CAN总线中的电信号形式的CAN总线信号并进行输出；

连接所述阻抗匹配单元的第一光电转换器，用于接收所述阻抗匹配单元输出的电信号形式的CAN总线信号，将所述电信号形式的CAN总线信号转换为光信号形式的CAN总线信号后输出；

连接所述第一光电转换器的第二光电转换器，用于接收所述光信号形式的CAN总线信号，将所述光信号形式的CAN总线信号转换为所述电信号形式的CAN总线信号后输出。

本发明实施例提供一种CAN总线测试系统，包括上述CAN总线信号传输装置。

本发明的有益效果包括：

本发明实施例提供的方案中，由阻抗匹配单元提供和被测对象匹配的电阻，在实现CAN总线信号传输的同时，CAN总线信号传输装置不会对测试结果造成影响，从而能够提高测试的准确性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中的CAN总线系统结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的CAN总线信号传输装置的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的CAN总线信号传输装置的阻抗匹配单元的结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的CAN总线信号分析装置的结构示意图。

具体实施方式

为了给出提高CAN总线测试的准确性的实现方案，本发明实施例提供了一种CAN总线信号传输装置及测试系统，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

申请人发现，在CAN总线系统中，CAN总线系统的一个主控节点的外部等效阻抗为另一个主控节点和非主控节点的并联阻抗；CAN总线系统的一个非主控节点的外部等效阻抗为两个主控节点和其他非主控节点的并联阻抗；整个CAN总线系统的外部等效阻抗理想情况为无穷大。

基于上述原理，本发明实施例提供一种CAN总线信号传输装置及测试系统，下面对其进行详细说明。

实施例1：

本发明实施例提供1一种CAN总线信号传输装置，如图2所示，具体包括：

接入被测对象的CAN总线的阻抗匹配单元201，用于启用和该被测对象匹配的电阻，接收该CAN总线中的电信号形式的CAN总线信号并进行输出；

连接该阻抗匹配单元201的第一光电转换器202，用于接收该阻抗匹配单元输出的电信号形式的CAN总线信号，将该电信号形式的CAN总线信号转换为光信号形式的CAN总线信号后输出；

连接该第一光电转换器202的第二光电转换器203，用于接收该光信号形式的CAN总线信号，将该光信号形式的CAN总线信号转换为该电信号形式的CAN总线信号后输出。

其中，阻抗匹配单元201和第一光电转换器202位于测试场地内，第二光电转换器203位于测试场地外。

进一步的，阻抗匹配单元201详细结构如图3所示，具体包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、单刀多掷开关S和两个电容C，其中：

该第一电阻R1的一端、该第二电阻R2的一端、该第三电阻R3的一端和该CAN总线中的一条信号线相连；该第一电阻R1的另一端、该第二电阻R2的另一端、该第三电阻R3的另一端分别连接该单刀多掷开关S的三个不动端；该单刀多掷开关S的动端和该CAN总线中的另一条信号线相连；该CAN总线的两条信号线分别通过该两个电容C接地。

在进行该第一电阻R1、该第二电阻R2和该第三电阻R3的阻值设定时，将该三个电阻的阻值分别设定为该CAN总线系统的主控节点的阻值、该CAN总线系统的主控节点的阻值的一半和指定值，其中指定值应尽量大。其设定的对应关系并没有硬性要求，可以将第一电阻R1的阻值设定为该CAN总线系统的主控节点的阻值，也可以将第三电阻R3的阻值设定为该CAN总线系统的主控节点的阻值。

在本发明实施例中，设定该第一电阻R1的阻值等于该CAN总线系统的主控节点的阻值；该第二电阻R2的阻值等于该CAN总线系统的主控节点的阻值的一半；该第三电阻R3的阻值为指定值。此时进行CAN总线测试，对应的阻抗匹配方法如下：

当该被测对象为CAN总线系统的主控节点时，该单刀多掷开关S闭合至该第一电阻R1对应的不动端；当该被测对象为CAN总线系统的非主控节点时，该单刀多掷开关S闭合至该第二电阻R2对应的不动端；当该被测对象为CAN总线系统时，该单刀多掷开关S闭合至该第三电阻R3对应的不动端。

例如在实际应用中，当CAN总线系统的主控节点的阻值为120Ω时，可以设定第一电阻R1为120Ω，第二电阻R2为60Ω，第三电阻R3理想阻抗为无穷大，实际应用时可以设定为30MΩ，另外根据CAN总线物理层标准，CAN-H线和CAN-L线接地电容C可以设定为47pF。

光电转换器的选择主要考虑两个参数：传输延时和共模抑制，在传输延时满足数据通讯波特率的情况下尽量选择共模抑制能力高的光电转换器。在测试场地内的第一光电转换器202将电信号形式的CAN总线信号转换为光信号形式的CAN总线信号后，通过光纤传输至测试场地外，能够有效解决CAN总线信号在传输过程中的信号干扰问题，测试场地外的第二光电转换器203再将光信号形式的CAN总线信号转换为电信号形式的CAN总线信号，供后续分析装置进行分析。

可见，采用本发明实施例提供的CAN总线信号传输装置，由阻抗匹配单元提供和被测对象匹配的满足CAN总线协议物理层要求的电阻，接入CAN总线的CAN总线信号传输装置的阻抗为阻抗匹配单元和光电转换器并联后的阻抗，由于光电转换器阻抗较大，CAN总线信号传输装置的阻抗约等于阻抗匹配单元的阻抗，即能够在实现CAN总线信号传输的同时，CAN总线信号传输装置不会对测试结果造成影响，从而能够提高测试的准确性。

实施例2

相应地，在上述实施例1提供的CAN总线信号传输装置的基础上，本发明实施例2还提供一种CAN总线测试系统，包括：

上述图2所示的CAN总线信号传输装置。

进一步的，该CAN总线测试系统，还包括：

连接该CAN总线信号传输装置的CAN总线信号分析装置，用于接收该CAN总线信号传输装置输出的电信号形式的CAN总线信号进行分析。

进一步的，该CAN总线信号分析装置结构如图4所示，具体包括CAN总线模拟器401、数据采集单元402和监控分析单元403，其中：

CAN总线模拟器401，用于接收该电信号形式的CAN总线信号，将该电信号形式的CAN总线信号进行数据解析后输出至该监控分析单元403；并当解析出的数据出现错误时，输出错误指示信号至该监控分析单元403，以及输出同步触发信号至该数据采集单元402；

连接该CAN总线模拟器401的数据采集单元402，用于接收该电信号形式的CAN总线信号，将该电信号形式的CAN总线信号转换为数字信号形式的CAN总线信号，在接收到该CAN总线模拟器401发送的同步触发信号时，输出数据获取触发信号至该监控分析单元403；

连接该CAN总线模拟器401和该数据采集单元402的监控分析单元403，用于接收该CAN总线模拟器401输出的解析出的数据及错误指示信号，以及当接收到该数据采集单元402输出的数据获取触发信号后，向该数据采集单元402获取该数字信号形式的CAN总线信号，并进行分析。

其中，CAN总线模拟器401能够实现对CAN总线的通信进行实时监控，完成诊断功能。其控制器可采用数字信号处理器，主频最高可达150MHz，具有32位浮点运算能力，完全满足CAN总线模拟的运算需求。CAN总线模拟器采用的协议标准是车辆通用总线协议，所需模拟的虚拟节点功能信息通过监控分析单元403获得。

在具体实施时，数据采集单元402可采用高精度动态和瞬态测量信号采集卡，具备24bit分辨率，102.4k采样率，测量的电压范围完全满足CAN总线信号分析需要。

监控分析单元403具体可以为PC上位机，在接收到CAN总线模拟器401输出的总线数据和数据采集单元402输出的总线信号后，通过软件进行数据管理，统计整个测试过程中出现的错误数据及其对应的频率点范围，分析错误数据对应的故障设备，保存故障时刻CAN总线信号实时电平波形，从而实现对整个测试的控制和测试结果的分析。监控分析单元403还可以对CAN总线模拟器401和数据采集单元402进行控制，具体控制CAN总线模拟器401和数据采集单元402的开关及测试参数等。

综上所述，本发明实施例提供的方案，包括：接入被测对象的CAN总线的阻抗匹配单元，用于启用和该被测对象匹配的电阻，接收该CAN总线中的电信号形式的CAN总线信号并进行输出；连接该阻抗匹配单元的第一光电转换器，用于接收该阻抗匹配单元输出的电信号形式的CAN总线信号，将该电信号形式的CAN总线信号转换为光信号形式的CAN总线信号后输出；连接该第一光电转换器的第二光电转换器，用于接收该光信号形式的CAN总线信号，将该光信号形式的CAN总线信号转换为该电信号形式的CAN总线信号后输出。采用本发明实施例提供的方案，能够提高CAN总线测试的准确性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种控制器局域网CAN总线信号传输装置，其特征在于，包括：

接入被测对象的CAN总线的阻抗匹配单元，用于启用和所述被测对象匹配的电阻，接收所述CAN总线中的电信号形式的CAN总线信号并进行输出；

连接所述阻抗匹配单元的第一光电转换器，用于接收所述阻抗匹配单元输出的电信号形式的CAN总线信号，将所述电信号形式的CAN总线信号转换为光信号形式的CAN总线信号后输出；

连接所述第一光电转换器的第二光电转换器，用于接收所述光信号形式的CAN总线信号，将所述光信号形式的CAN总线信号转换为所述电信号形式的CAN总线信号后输出。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻抗匹配单元，具体包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、单刀多掷开关和两个电容，其中：

所述第一电阻的一端、所述第二电阻的一端、所述第三电阻的一端和所述CAN总线中的一条信号线相连；所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端、所述第三电阻的另一端分别连接所述单刀多掷开关的三个不动端；所述单刀多掷开关的动端和所述CAN总线中的另一条信号线相连；

所述CAN总线的两条信号线分别通过所述两个电容接地。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一电阻的阻值等于所述CAN总线系统的主控节点的阻值；当所述被测对象为CAN总线系统的主控节点时，所述单刀多掷开关闭合至所述第一电阻对应的不动端；

所述第二电阻的阻值等于所述CAN总线系统的主控节点的阻值的一半；当所述被测对象为CAN总线系统的非主控节点时，所述单刀多掷开关闭合至所述第二电阻对应的不动端；

所述第三电阻的阻值为指定值；当所述被测对象为CAN总线系统时，所述单刀多掷开关闭合至所述第三电阻对应的不动端。

4.一种CAN总线测试系统，其特征在于，包括权利要求1-3任一所述的CAN总线信号传输装置。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：

连接所述CAN总线信号传输装置的CAN总线信号分析装置，用于接收所述CAN总线信号传输装置输出的电信号形式的CAN总线信号进行分析。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述CAN总线信号分析装置，具体包括CAN总线模拟器、数据采集单元和监控分析单元，其中：

CAN总线模拟器，用于接收所述电信号形式的CAN总线信号，将所述电信号形式的CAN总线信号进行数据解析后输出至所述监控分析单元；并当解析出的数据出现错误时，输出错误指示信号至所述监控分析单元，以及输出同步触发信号至所述数据采集单元；

连接所述CAN总线模拟器的数据采集单元，用于接收所述电信号形式的CAN总线信号，将所述电信号形式的CAN总线信号转换为数字信号形式的CAN总线信号，在接收到所述CAN总线模拟器发送的同步触发信号时，输出数据获取触发信号至所述监控分析单元；

连接所述CAN总线模拟器和所述数据采集单元的监控分析单元，用于接收所述CAN总线模拟器输出的解析出的数据及错误指示信号，以及当接收到所述数据采集单元输出的数据获取触发信号后，向所述数据采集单元获取所述数字信号形式的CAN总线信号，并进行分析。

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