CN103220199B - 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
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(ControllerAreaNetwork)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250nS,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 (4)
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;
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;
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。
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(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。
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)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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