CN103220198A - 一种拖拉机can总线网关控制器 - Google Patents

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周志立
闫祥海
徐立友
张静云
张敏
刘宗剑
白楠
时辉
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Abstract

本发明涉及一种拖拉机CAN总线网关控制器，属于车载电子设备和系统技术领域。本发明的CAN总线网关控制器包括处理器、CAN接口电路、电源模块电路、时钟晶振电路和JTAG电路，CAN接口电路有两个，分别用于连接拖拉机总线和农具总线，处理器与CAN接口电路相连，用于对两条总线上数据传输速率、优先级进行划定以及对消息的取舍进行转换，以完成拖拉机和不同CAN网络系统之间的通信，本发明实现了拖拉机总线和农具总线之间的通信转换，同时减少了通信布线，节约成本并提高了拖拉机的通信质量，该网关控制器能够提供其他的网络接口，使得该发明具有一定的继承性和通用性。

Description

一种拖拉机CAN总线网关控制器
技术领域
本发明涉及一种拖拉机CAN总线网关控制器，属于车载电子设备和系统技术领域。
背景技术
随着拖拉机电子向网络化、智能化、分布式控制技术方向发展，CAN总线技术作为一种实时性、稳定高的总线技术应用于拖拉机及农具上是当前拖拉机信息化和自动化发展的方向，ISO11783（拖拉机及农业森林机械串行控制和通信数据网络）协议将拖拉机CAN网络分为了拖拉机总线网络和农具总线网络两部分，这两部分的通信工作是通过网关实现的。网关控制器一般处于拖拉机整车网络拓扑中心位置，连接拖拉机总线网络和农具总线网络，完成通信转换，以减少通信布线、节约成本并提高通信质量的作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种拖拉机CAN总线网关控制器，以满足拖拉机CAN网络中拖拉机总线与农具总线的通信。
本发明为解决上述技术问题而提供一种拖拉机CAN总线网关控制器，该网关控制器包括处理器、CAN接口电路、电源模块电路、时钟晶振电路和JTAG电路，所述的CAN接口电路有两个，分别用于连接拖拉机总线和农具总线，处理器与CAN接口电路相连，用于对两条总线上数据传输速率、优先级进行划定以及对消息的取舍进行转换，以完成拖拉机和不同CAN网络系统之间的通信，时钟晶振电路与处理器相连，用于为处理器提供时钟信号。
所述的电源模块电路包括LM317和TPS767D301，LM317用于将拖拉机的12V直流电源转换为5V的直流电源，TPS767D301用于将转换成的5V电压转换成3.3V和1.9V直流电压供处理器、时钟晶振电路和JTAG电路使用。
所述的电源模块电路中的模拟地和数字地通过电感相连接，电源和地通过电容相连接。
所述的复位电路包括上电复位电路和手动复位电路。
所述的JTAG电路用于程序的调试及烧录。
所述的CAN接口电路包括CAN收发器、隔离光耦和直插式接口，CAN收发器的数据输入和输出端口通过隔离光耦与处理器相连，所述的CAN收发器采用SN65HVD230。
所述的CAN收发器的Rs引脚与一端接地的斜率电阻连接，Vcc引脚上并接有两个退藕电容，用于消除电路网络中的中、高频寄生耦合。
所述的CAN收发器的CAN_H和CAN_L的导线的终端上连接有终端电阻，用于防止数据在导线终端被反射产生的反射波破环数据。
所述的斜率电阻取值为100KΩ，两个退藕电容的容抗分别取值为0.1μF和10μF。
所述的处理器采用DSP2000系列芯片TMS320F28335，该芯片集成有CAN总线模块，该处理器中的CAN总线模块与所述的两个CAN总线接口电路相连。
本发明的有益效果是:本发明的CAN总线网关控制器包括处理器、CAN接口电路、电源模块电路、时钟晶振电路和JTAG电路，CAN接口电路有两个，分别用于连接拖拉机总线和农具总线，处理器与CAN接口电路相连，用于对两条总线上数据传输速率、优先级进行划定以及对消息的取舍进行转换，以完成拖拉机和不同CAN网络系统之间的通信，本发明实现了拖拉机总线和农具总线之间的通信转换，同时减少了通信不限，节约成本并提高了拖拉机的通信质量，该网关控制器能够提供其他的网络接口，使得该发明具有一定的继承性和通用性。
附图说明
图1是本发明的CAN总线网关控制器与拖拉机车载装置的连接图；
图2是本发明的CAN总线网关控制器的结构框图；
图3是本发明的CAN总线网关控制器的CAN接口电路结构图；
图4是本发明的CAN总线网关控制器的处理器接口示意图；
图5是本发明的CAN总线网关控制器的电源模块电路结构图；
图6是本发明的CAN总线网关控制器的时钟电路结构图；
图7是本发明的CAN总线网关控制器的手动复位电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
图1为本发明网关控制器与车载装置连接图。发动机ECU、自动变速器ECU及牵引控制ECU连接在拖拉机总线上，以250Kbps的数据传输速率通信；虚拟终端、任务控制器、管理计算机接口及农机具ECU连接在农具总线上，以125Kbps的数据传输速率通信。网关连接拖拉机总线和农具总线，对两条总线上的数据传输速率、优先级的划定、消息的取舍等内容进行转换，完成拖拉机不同CAN网络系统之间的通信。如图2所示，本发明的网关控制器包括处理器、CAN接口电路、电源模块电路、时钟晶振电路和JTAG电路，所述的CAN接口电路有两个，分别用于连接拖拉机总线和农具总线，处理器与CAN接口电路相连，用于对两条总线上数据传输速率、优先级进行划定以及对消息的取舍进行转换，以完成拖拉机和不同CAN网络系统之间的通信，时钟晶振电路与处理器相连，用于为处理器提供时钟信号。发动机ECU、自动变速器ECU及牵引控制ECU通过拖拉机总线实现通信及消息的共享，虚拟终端、任务控制器、管理计算机接口及农机具ECU通过农具总线实现通信及消息的共享，而有些消息需要从拖拉机总线上传输到农具总线上，由于两条总线上数据的传输速率、数据帧中的优先级不同，消息不能被有效识别。网关控制器通过存储器中的算法可以将两条总线上不同的消息进行转换，使得消息可以在两条总线上传输。
本发明网关控制器处理器采用TI公司DSP C2000系列芯片TMS320F28335，该芯片主频150M,处理速度快、性价比高、存储空间大、外设资源丰富且芯片中集成有增强型CAN（eCAN）总线模块，提供了两个CAN总线接口eCAN–A和eCAN–B,满足网关控制器CAN接口数量及通信要求，且能进行其他网络接口的扩展，方便以后的开发。
图3为本发明网关控制器CAN接口电路。本发明网关控制器中有两路CAN接口电路，用于拖拉机总线及农具总线上报文的接受/发送。该电路图由核心芯片、CAN收发器、隔离光耦、电阻及电容等电子元器件组成。CAN控制器的输出引脚TX接到SN65HVD230的数据输入端D，可将报文发送到CAN网络中，而控制器的接收引脚RX和收发器的数据输出端R相连，用于接收报文。
通过控制收发器Rs引脚可将该收发器设置为高速、斜率和等待3种不同的工作模式。为了减少因电平快速上升而引起的电磁干扰，选用斜率控制方式，将Rs引脚与一端接地的斜率电阻连接，电阻取值为100KΩ。在Vcc引脚接有3.3V的电压，并接有两个退耦电容，容抗分别取为0.1μF和10μF，起到消除电路网络中的中、高频寄生耦合的作用。在CAN_H和CAN_L导线的终端接入120Ω的电阻作终端电阻,防止数据在导线终端被反射产生反射波而破坏数据。
在核心芯片和收发器之间加有隔离光耦，对信号进行隔离，进一步提高总线节点抗干扰能力。
图5为本发明网关控制器电源模块电路。由于拖拉机上车载电源电压一般为12V直流电压，所以本发明使用LM317将拖拉机电源的12V直流电压转换成5V的直流电压，然后使用TPS767D301将转换成的5V电压转换成电压稳定、性能可靠的3.3V及1.9V直流电压供核心芯片及外围芯片使用。在设计电源模块中，模拟地和数字地最后通过电感连接起来，电源和地通过电容连接起来。
图6为本发明网关控制器时钟电路。时钟电路由外部有源晶振提供时钟，晶振频率为30MHz，经PLL五倍频后，最终提供150MHz的时钟。
图7为本发明网关控制器手动复位电路。本发明复位电路包括上电复位电路和手动复位电路，上电复位信号由TPS767D301芯片自身产生，此复位信号可直接供DSP芯片使用。手动复位信号由IMP811芯片及复位按键组成，完成控制器手动复位。
本发明使用TI公司的集成开发环境CCS3.3，对网关控制器通信转换的算法进行编程，生成可执行文件，通过仿真器连接CCS软件和控制器JTAG下载口，实现程序的调试、下载、烧写及固化等操作，完成网关控制器的设计。本发明实现了拖拉机总线和农具总线之间的通信转换，同时减少了通信不限，节约成本并提高了拖拉机的通信质量，该网关控制器能够提供其他的网络接口，使得该发明具有一定的继承性和通用性。

Claims (10)

1.一种拖拉机CAN总线网关控制器，其特征在于：该网关控制器包括处理器、CAN接口电路、电源模块电路、时钟晶振电路和JTAG电路，所述的CAN接口电路有两个，分别用于连接拖拉机总线和农具总线，处理器与CAN接口电路相连，用于对两条总线上数据传输速率、优先级进行划定以及对消息的取舍进行转换，以完成拖拉机和不同CAN网络系统之间的通信，时钟晶振电路与处理器相连，用于为处理器提供时钟信号。
2.根据权利要求1所述的拖拉机CAN总线网关控制器，其特征在于：所述的电源模块电路包括LM317和TPS767D301，LM317用于将拖拉机的12V直流电源转换为5V的直流电源，TPS767D301用于将转换成的5V电压转换成3.3V和1.9V直流电压供处理器、时钟晶振电路和JTAG电路使用。
3.根据权利要求2所述的拖拉机CAN总线网关控制器，其特征在于：所述的电源模块电路中的模拟地和数字地通过电感相连接，电源和地通过电容相连接。
4.根据权利要求1所述的拖拉机CAN总线网关控制器，其特征在于：所述的复位电路包括上电复位电路和手动复位电路。
5.根据权利要求1所述的拖拉机CAN总线网关控制器，其特征在于：所述的JTAG电路用于程序的调试及烧录。
6.根据权利要求1所述的拖拉机CAN总线网关控制器，其特征在于：所述的CAN接口电路包括CAN收发器、隔离光耦和直插式接口，CAN收发器的数据输入和输出端口通过隔离光耦与处理器相连，所述的CAN收发器采用SN65HVD230。
7.根据权利要求6所述的拖拉机CAN总线网关控制器，其特征在于：所述的CAN收发器的Rs引脚与一端接地的斜率电阻连接，Vcc引脚上并接有两个退藕电容，用于消除电路网络中的中、高频寄生耦合。
8.根据权利要求7所述的拖拉机CAN总线网关控制器，其特征在于：所述的CAN收发器的CAN_H和CAN_L的导线的终端上连接有终端电阻，用于防止数据在导线终端被反射产生的反射波破环数据。
9.根据权利要求7所述的拖拉机CAN总线网关控制器，其特征在于：所述的斜率电阻取值为100KΩ，两个退藕电容的容抗分别取值为0.1μF和10μF。
10.根据权利要求1所述的拖拉机CAN总线网关控制器，其特征在于：所述的处理器采用DSP2000系列芯片TMS320F28335，该芯片集成有CAN总线模块，该处理器中的CAN总线模块与所述的两个CAN总线接口电路相连。
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