CN103220199A - Can总线多路隔离的集线方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CAN总线多路隔离的集线方法，包括以下步骤：实时检测CAN总线本侧的总线电平；判断CAN总线本侧的总线电平的状态；若CAN总线本侧的电平为显性状态，则限制该CAN总线对侧的显性状态回转；若CAN总线本侧的电平转为隐性状态，则进行延时，继续限制该CAN总线对侧转发来的显性信号，直至延时结束；实时检测CAN总线是否进入自锁状态，若CAN总线进入自锁状态，解除自锁状态。本发明的CAN总线多路隔离的集线方法，满足多路CAN总线的隔离互联和两侧CAN总线的光纤互联，无须转发，数据透明传输高，延时短，满足工业控制的实时性要求，还降低了设计成本和总线功耗，具有良好的应用前景。

Description

CAN总线多路隔离的集线方法
技术领域
本发明属于工业控制现场总线通信技术领域，具体涉及一种实现CAN总线多路隔离的集线方法。
背景技术
目前，CAN（Controller Area Network）现场总线广泛地运用于工业自动化、汽车电子、楼宇自动化、电力自动化和安防等诸多领域，并成为这些行业的主要通讯手段，CAN总线是以电缆总线的形式相互连接，但在实际应用过程中，由于布线现场的复杂环境和复杂网络拓扑往往需要用多种联接方式，如将较远的两侧总线用光纤互联、或将多个区域总线隔离互联等情况，当采用上述方式互联时，若采用不加措施的直接互连会造成CAN总线的自锁，导致无法正常通讯，目前，解决上述问题是通过增加CAN总线的智能型集线器（HUB），智能型集线器是将各侧CAN总线的CAN数据解码后转发，能够有效的解决CAN总线的自锁问题，允许各侧CAN总线的速率不同，但是由于智能型集线器转发会造成数据存在较大的延时（大于2毫秒），这样就降低了CAN总线的数据吞吐率和数据传输速率，从而不能用于实时性要求较强的监控系统。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的问题，本发明提供的一种CAN总线多路隔离的集线方法，满足多路CAN总线的隔离互联和两侧CAN总线的光纤互联，CAN总线能够直接互联，无须转发，数据透明传输高，数据传输延时短，很好的满足工业控制的实时性要求，还降低了设计成本和总线功耗，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种CAN总线多路隔离的集线方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤（1）实时检测CAN总线本侧的总线电平；
步骤（2）判断CAN总线本侧的总线电平的状态；
步骤（3）若CAN总线本侧的电平为显性状态，则限制该CAN总线对侧的显性状态回转；
步骤（4）若CAN总线本侧的电平转为隐性状态，则进行延时，继续限制该CAN总线对侧转发来的显性信号，直至延时结束；
步骤（5）实时检测CAN总线是否进入自锁状态，若CAN总线进入自锁状态，解除自锁状态，直至与步骤（4）相同时间的延时结束为止。
前述的CAN总线多路隔离的集线方法，其特征在于：步骤（2）判断CAN总线本侧的总线电平的状态包括CAN总线本侧端口的网络名和对应的高、低电平，所述网络名包括接收端和发送端。
前述的CAN总线多路隔离的集线方法，其特征在于：步骤（3）限制该CAN总线对侧的显性状态回转的方法，包括以下步骤，
（1）CAN总线对侧为显性状态，并通过逻辑门控制CAN总线对侧的接收端R输出低电平；
（2）CAN总线对侧的输出低电平通过一下沿延伸电路，使CAN总线对侧的发送端T限制为高电平，同时允许CAN总线对侧输出的低电平通过CAN总线本侧的发送端T，使CAN总线本侧转为显性状态。
前述的CAN总线多路隔离的集线方法，其特征在于：步骤 （4）继续限制该CAN总线对侧转发来的显性信号，直至延时结束的过程为当CAN总线对侧的显性消失时，通过逻辑门输出下跳沿信号，施加在一下沿延伸电路的输入端，通过此下沿延伸电路继续使CAN总线对侧的发送端T限制为高电平直至下跳沿信号的延时结束。 
前述的CAN总线多路隔离的集线方法，其特征在于：所述步骤（5）自锁状态的判据为CAN总线本侧和对侧的电平皆为低电平，其解除自锁状态的步骤如下，
（1）当CAN总线本侧和对侧的电平均为低电平时，通过或非逻辑门将低电平输出高电平；
（2）输出高电平分别通过一下沿延伸电路，使CAN总线本侧和对侧的发送端T变成高电平；同时自锁状态消失，并保持本侧和对侧的发送端T成高电平。
（3）当CAN总线本侧和对侧的接收端转变成高电平时，输出为下跳沿信号，分别施加在下沿延伸电路的输入端，使CAN总线本侧和对侧的发送端T限制为高电平直至延时结束，完成解除自锁状态。
前述的CAN总线多路隔离的集线方法，其特征在于：步骤（4）所述进行延时的延时时间要大于CAN总线对侧的隐性状态到经CAN总线本侧的回转中的传输延时时间。
本发明的有益效果是：实现光纤互联、多重CAN现场总线的隔离互联；数据透明无延时传输，满足实时性要求；适应各种复杂的网络拓扑结构,，大幅降低了成本和功耗，CAN总线能够直接互联，无须转发，数据透明传输高，数据传输延时短，很好的满足工业控制的实时性要求，还降低了设计成本和总线功耗，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的CAN总线多路隔离的系统框图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
本发明的CAN总线多路隔离的集线方法，能够实现光纤互联、多重CAN现场总线的隔离互联，数据透明无延时传输，满足实时性要求；适应各种复杂的网络拓扑结构，大幅降低了成本和功耗，CAN总线能够直接互联，无须转发，数据透明传输高，数据传输延时短，很好的满足工业控制的实时性要求，还降低了设计成本和总线功耗，包括以下步骤，
步骤（1）实时检测CAN总线本侧的总线电平；
步骤（2）判断CAN总线本侧的总线电平的状态，判断CAN总线本侧的总线电平的状态包括CAN总线本侧端口的网络名和对应的高、低电平，所述网络名包括接收端和发送端；
步骤（3）若CAN总线本侧的电平为显性状态，则限制该CAN总线对侧的显性状态回转，限制该CAN总线对侧的显性状态回转过程如下：
1）CAN总线对侧为显性状态，并通过逻辑门控制CAN总线对侧的接收端R输出低电平；
2）CAN总线对侧的输出低电平通过一下沿延伸电路，使CAN总线本侧的发送端T限制为高电平，同时允许CAN总线对侧输出的低电平通过CAN总线本侧的发送端T，使CAN总线本侧转为显性状态；
步骤（4）若CAN总线本侧的电平转为隐性状态，则进行延时，继续限制该CAN总线对侧转发来的显性信号，直至延时结束，当CAN总线对侧的显性消失时，通过逻辑门输出下跳沿信号，施加在一下沿延伸电路的输入端，通过下沿延伸电路继续使CAN总线对侧的发送端T限制为高电平直至下跳沿信号的延时结束； 
步骤（5）实时检测CAN总线是否进入自锁状态，若CAN总线进入自锁状态，解除自锁状态，直至与步骤（4）相同时间的延时结束为止，自锁状态的判据为CAN总线本侧和对侧的电平皆为低电平，其解除自锁状态的步骤如下，
1）当CAN总线本侧和对侧的电平均为低电平时，通过或非逻辑门将低电平输出高电平；
2）输出高电平分别通过一下沿延伸电路，使CAN总线本侧和对侧的发送端T变成高电平；同时自锁状态消失，并保持本侧和对侧的发送端T成高电平。
3）当CAN总线本侧和对侧的接收端转变成高电平时，输出为下跳沿信号，分别施加在下沿延伸电路的输入端，使CAN总线本侧和对侧的发送端T限制为高电平直至延时结束，完成解除自锁状态。
所述进行延时的延时时间要大于CAN总线对侧的隐性状态到经CAN总线对本侧的回转中的传输延时时间。
下面结合一实施例，对本发明的CAN总线多路隔离的集线方法，做详细介绍，如图1所示，CAN总线多路隔离的集线系统，包括
1）1CAN、2CAN收发器，此种CAN收发器的总线有两种状态，显性和隐性状态；当发送端为低电平时，总线为显性状态；当总线为显性状态时，接收端为低电平；但是此种，CAN收发器是自发自收的，这是造成总线会被自锁原因；
2）数字隔离器：是为了抗干扰用，逻辑并不改变，但有一定延时，本发明需要选用小延时的数字隔离器。
由图1可知CAN总线1#侧的显性（这里指的是只因远方侧而产生的显性）判据为接收端1R=0，发送端1T=1；CAN总线2#侧的显性（这里指的是只因本地侧而产生的显性）判据为接收端2R=0，发送端2T=1；总线自锁状态判据为1R、1T、2R、2T=0；
当某一侧的如1#侧（同样2#侧也然）的总线被检测到进入显性状态（1R=0，1T=1）时，与门U3输出1，下沿延伸电路U4输出1，使输出1T强制为1，这就避免了因1R=0使2T=0，并由2CAN收发器延时后使2R=0，经U2而反转至1T=0，因此避免了总线自锁；
当1#侧的总线回到隐性后，此时2R仍然为0，为此1T仍然需要强制维持为1(由U4产生下沿延时为Tw1 的脉冲信号)，直至1R信号延时反转至2R，此刻1#侧的显性状态在全域中消失， 1T恢复为总线2#侧的状态2R（若2R=0，只能说明总线2#侧为显性）。
考虑到开机或干扰有可能造成CAN总线进入自锁状态，为防止这种状况，当1R、1T、2R、2T=0时，与非门U9输出1使与非门U3、U7输出也为1，随后1T、2T为1而导致与非门U9输出0，使得非门U3、U7输出由1变0，其触发了下沿延伸电路U4、U8产生下沿延时分别为Tw1、Tw2 的脉冲信号，从而强制1T、2T为1，解除自锁状态直至错误的显性状态在全域中消失。
下沿延伸电路U4、U8模块的延时宽度的选取，取决于图1中信号的路径，以1#侧为例，1R由低变高电平时刻为起点，经或门U6延时至2T，再由数字隔离器延时至2CAN收发器的发送端，再由2CAN收发器的发送端延时至CAN总线2#侧，再由2#侧经2CAN收发器的接收端延时至2R为至，以上路径时间其实是信号流经各器件的延时时间的总和，选用合适的器件，延时时间的总和可小于250 nS，一般延时的延时时间要大于以上路径时间，同时也要小于CAN的BIT位时间的一半，具体的讲，选用CAN总线的最高1MHz时，延时时间可取450nS，相对于传统的CAN总线数据传送存在较大的延时（大于2毫秒），这样就降低了CAN总线的数据吞吐率和数据传输速率，从而不能用于实时性要求较强的监控系统。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.CAN总线多路隔离的集线方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤（1）实时检测CAN总线本侧的总线电平；
步骤（2）判断CAN总线本侧的总线电平的状态；
步骤（3）若CAN总线本侧的电平为显性状态，则限制该CAN总线对侧的显性状态回转；
步骤（4）若CAN总线本侧的电平转为隐性状态，则进行延时，继续限制该CAN总线对侧转发来的显性信号，直至延时结束；
步骤（5）实时检测CAN总线是否进入自锁状态，若CAN总线进入自锁状态，解除自锁状态，直至与步骤（4）相同时间的延时结束为止。
2.根据权利要求1所述的CAN总线多路隔离的集线方法，其特征在于：步骤（2）判断CAN总线本侧的总线电平的状态包括CAN总线本侧端口的网络名和对应的高、低电平，所述网络名包括接收端和发送端。
3.根据权利要求1所述的CAN总线多路隔离的集线方法，其特征在于：步骤（3）限制该CAN总线对侧的显性状态回转的方法，包括以下步骤，
（1）CAN总线对侧为显性状态，并通过逻辑门控制CAN总线对侧的接收端R输出低电平；
（2）CAN总线对侧的输出低电平通过一下沿延伸电路，使CAN总线对侧的发送端T限制为高电平，同时允许CAN总线对侧输出低电平通过过CAN总线本侧的发送端T，使CAN总线本侧转为显性状态。
4.根据权利要求1所述的CAN总线多路隔离的集线方法，其特征在于：步骤 （4）继续限制该CAN总线对侧转发来的显性信号，直至延时结束的过程为当CAN总线对侧的显性消失时，通过逻辑门输出下跳沿信号，施加在下沿延伸电路U4模块的输入端，通过下沿延伸电路继续使CAN总线对侧的发送端T限制为高电平直至下跳沿信号的延时结束。
5.根据权利要求1所述的CAN总线多路隔离的集线方法，其特征在于：所述步骤（5）自锁状态的判据为CAN总线本侧和对侧的电平皆为低电平，其解除自锁状态的步骤如下，
（1）当CAN总线本侧和对侧的电平均为低电平时，通过或非逻辑门将低电平输出高电平；
（2）输出高电平分别通过一下沿延伸电路，使CAN总线本侧和对侧的发送端T变成高电平；同时自锁状态消失，并保持CAN总线本侧和对侧的发送端T成高电平；
（3）当CAN总线本侧和对侧的接收端转变成高电平时，输出为下跳沿信号，分别施加在下沿延伸电路的输入端，使CAN总线本侧和对侧的发送端T限制为高电平直至延时结束，完成解除自锁状态。
6.根据权利要求1所述的CAN总线多路隔离的集线方法，其特征在于：步骤（4）所述进行延时的延时时间要大于CAN总线对侧的隐性状态到经CAN总线本侧的回转中的传输延时时间。
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