CN103259704B - 一种can总线数据收发设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种CAN总线数据收发设备，可以包括微控制器、第一串行控制开关、第二串行控制开关、高速CAN收发器、低速/容错CAN收发器和继电器，微控制器可以根据选择指令控制第一串行控制开关与高速CAN收发器、低速/容错CAN收发器的连接状态，可以控制第二串行控制开关与高速CAN收发器、低速/容错CAN收发器的连接状态，可以控制继电器常闭端和常开端的切换，其中，高速CAN收发器与常闭端连接，低速/容错CAN收发器与常开端连接。本发明通过微控制器对第一串行控制开关、第二串行控制开关和继电器的控制，实现了高速CAN收发器和低速/容错CAN收发器的自动切换。

Description

一种CAN总线数据收发设备

技术领域

本发明涉及汽车总线网络中CAN总线通信技术领域，更具体地说，涉及一种CAN总线数据收发设备。

背景技术

CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)总线是汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，它是一种ISO国际标准化的串行通信协议。在不同种类的CAN总线中，以高速CAN和低速/容错CAN的应用最为广泛。其中，高速CAN和低速/容错CAN都是使用两根信号线，分别为CAN_H（外部CAN总线的CAN高线）和CAN_L（外部CAN总线的CAN低线）。根据CAN的物理层标准，高速CAN和低速/容错CAN的区别在于CAN_H线和CAN_L线的总线电压方面，如图1所示高速CAN总线电压示意图，高速CAN中，CAN_H线001和CAN_L线002上的电压差值在1.5V～3.0V时表示显性电平即信号0，CAN_H线001和CAN_L线002上的电压差值为-0.5V～0.05V时表示隐性电平即信号1。如图2所示低速/容错CAN总线电压示意图，低速/容错CAN中，CAN_H线001和CAN_L线002上的电压差值在2.2V～5V时表示显性电平即信号0，CAN_H线和CAN_L线上的电压差值为-5V～-4.4V时表示隐性电平即信号1。其次，高速CAN和低速/容错CAN分别采用了不同的CAN收发器，且不同的收发器具有不同的电路设计。鉴于高速CAN和低速/容错CAN的上述区别，因此，通常不能在同一总线上同时实现高速CAN和低速/容错CAN两种形式。

为了在设备上实现既支持高速CAN又支持低速/容错CAN功能，如图3所示现有技术中的一种系统连接示意图，可以包括上位机100、车载高速CAN总线数据收发设备200和车载低速/容错CAN总线数据收发设备300，其中车载高速CAN总线数据收发设备200可以包括微控制器（MicrocontrolUnit，MCU）210和高速CAN收发器220，车载高速CAN总线数据收发设备200和外部CAN总线的CAN高线003、外部CAN总线的CAN低线004连接，车载低速/容错CAN总线数据收发设备300可以包括微控制器310和低速/容错CAN收发器320，车载低速/容错CAN总线数据收发设备300和外部CAN总线的CAN高线005、外部CAN总线的CAN低线006连接。该种做法主要是将高速CAN和低速/容错CAN分离开来，在不同的总线上分别实现。但是该种方法导致CAN总线数据收发设备需要提供很多接口，且CAN总线数据收发设备笨重。如图4所示现有技术中另一种系统连接示意图，可以包括上位机100和CAN总线数据收发设备400，其中CAN总线数据收发设备400可以包括微控制器410和可以进行人工插拔的CAN收发器420，CAN总线数据收发设备400和外部CAN总线的CAN高线007、外部CAN总线的CAN低线008连接，其中，我们可以根据实际需要，在CAN总线数据收发设备上人工手动更换收发器类型，以实现支持高速CAN和低速/容错CAN的功能。

虽然图4所示的方案相对于图3所示的方案，CAN总线数据收发设备轻巧很多，但是需要在CAN总线数据收发设备上人工手动更换收发器类型，以实现支持高速CAN和低速/容错CAN的功能，因此，操作繁琐，容易导致CAN收发器和CAN总线数据收发设备接触不良，对设备造成损坏，给用户带来不便。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种CAN总线数据收发设备，以实现高速CAN和低速/容错CAN的通信切换。

一种CAN总线数据收发设备，包括：微控制器、第一串行控制开关、第二串行控制开关、高速CAN收发器、低速/容错CAN收发器和继电器；

所述微控制器的输出端与所述第一串行控制开关的输入端连接，所述微控制器的输入端与所述第二串行控制开关的输出端连接；

所述第一串行控制开关的第一输出端与所述高速CAN收发器的输入端连接，所述第一串行控制开关的第二输出端与所述低速/容错CAN收发器的输入端连接；

所述第二串行控制开关的第一输入端与所述高速CAN收发器的输出端连接，所述第二串行控制开关的第二输入端与所述低速/容错CAN收发器的输出端连接；

所述高速CAN收发器的第一I/O端口与所述继电器的第一常闭端连接，所述高速CAN收发器的第二I/O端口与所述继电器的第二常闭端连接；

所述低速/容错CAN收发器的第一I/O端口与所述继电器的第一常开端连接，所述低速/容错CAN收发器的第二I/O端口与所述继电器的第二常开端连接；

所述微控制器的控制端分别与所述第一串行控制开关的控制端、所述第二串行控制开关的控制端、所述继电器的控制端连接；所述微控制器用于控制所述第一串行控制开关与所述高速CAN收发器、所述低速/容错CAN收发器的连接状态，用于控制所述第二串行控制开关与所述高速CAN收发器、所述低速/容错CAN收发器的连接状态，以及用于控制所述继电器常开端和常闭端的切换。

优选的，所述继电器为双刀双掷继电器。

优选的，所述微控制器与上位机连接，所述微控制器根据所述上位机发出的收发器类型的选择指令进行相应的切换操作。

优选的，所述继电器的第一公共端连接外部CAN总线的CAN高线，所述继电器的第二公共端连接外部CAN总线的CAN低线。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种CAN总线数据收发设备，可以包括微控制器、第一串行控制开关、第二串行控制开关、高速CAN收发器、低速/容错CAN收发器和继电器，微控制器可以根据选择指令控制第一串行控制开关与高速CAN收发器、低速/容错CAN收发器的连接状态，可以控制第二串行控制开关与高速CAN收发器、低速/容错CAN收发器的连接状态，可以控制继电器常闭端和常开端的切换。本发明通过微控制器对第一串行控制开关、第二串行控制开关和继电器的控制，实现了高速CAN收发器和低速/容错CAN收发器的自动切换。因此，本发明不用手动切换，操作简便，且避免了因频繁插拔CAN收发器，使得CAN收发器与CAN总线数据收发设备接触不良的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种高速CAN总线电压示意图；

图2为现有技术中一种低速/容错CAN总线电压示意图；

图3为现有技术中一种系统连接示意图；

图4为现有技术中另一种系统连接示意图；

图5为本发明实施例公开的一种CAN总线数据收发设备的结构示意图；

图6为本发明实施例公开的另一种CAN总线数据收发设备的结构示意图；

图7为本发明实施例公开的一种CAN总线数据收发设备中继电器部分的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图5所示，本发明实施例公开的一种CAN总线数据收发设备，可以包括微控制器510、第一串行控制开关520、第二串行控制开关530、高速CAN收发器540、低速/容错CAN收发器550和继电器560；

其中，CAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork，CAN)的简称，是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，处于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，且由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。因此，为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。目前CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

其中，微控制器510（MicrocontrollerUnit，即MCU）是一种可以将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。其诞生于20世纪70年代中期，经过20多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大。微控制器510可以从不同的方面进行分类：可以根据数据总线宽度分为8位、16位和32位机；还可以根据存储器结构可分为Harvard结构和VonNeumann结构等。

所述第一串行控制开关520和所述第二串行控制开关530可以相同。

所述微控制器510的输出端可以与所述第一串行控制开关520的输入端连接，所述微控制器510的输入端可以与所述第二串行控制开关530的输出端连接。

优选的，所述微控制器510可以向所述第一串行控制开关520发送CAN_TXD（CAN数字信号发送），同样，所述微控制器510可以接收所述第二串行控制开关530发送的CAN_RXD（CAN数字信号接收）。

所述第一串行控制开关520的第一输出端可以与所述高速CAN收发器540的输入端连接，所述第一串行控制开关520的第二输出端可以与所述低速/容错CAN收发器550的输入端连接。

所述第二串行控制开关530的第一输入端可以与所述高速CAN收发器540的输出端连接，所述第二串行控制开关530的第二输入端可以与所述低速/容错CAN收发器550的输出端连接。

具体的，所述微控制器510可以通过所述第一串行控制开关520向所述高速CAN收发器540发送HCAN_TXD（高速CAN数字信号发送），可以通过所述第一串行控制开关520向所述低速/容错CAN收发器550发送LCAN_TXD（低速/容错CAN数字信号发送）。所述微控制器510可以通过所述第二串行控制开关530接收所述高速CAN收发器540发送的HCAN_RXD（高速CAN数字信号接收），可以通过所述第二串行控制开关530接收所述低速/容错CAN收发器550发送的LCAN_RXD（低速/容错CAN数字信号接收）。

CAN总线数据收发设备为了实现数字信号部分的切换，CAN总线数据收发设备中采用了所述第一串行控制开关520和所述第二串行控制开关530。所述第一串行控制开关520可以控制HCAN_TXD和LCAN_TXD的切换，所述第二串行控制开关530可以控制HCAN_RXD和LCAN_RXD的切换。因此所述高速CAN收发器540的HCAN_TXD和HCAN_RXD分别与不同的串行控制开关连接，所述低速/容错CAN收发器550的LCAN_TXD和HCAN_RXD分别与不同的串行控制开关连接。本发明通过所述第一串行控制开关520和所述第二串行控制开关530实现所述高速CAN收发器540和所述低速/容错CAN收发器550的切换。

具体的，当所述高速CAN收发器540运行时，所述微控制器510可以通过所述第一串行控制开关520向所述高速CAN收发器540发送HCAN_TXD，所述微控制器510通过所述第二串行控制开关530接收所述高速CAN收发器540发送的HCAN_RXD；

当需要将所述高速CAN收发器540切换到所述低速/容错CAN收发器550时，所述微控制器510向所述第一串行控制开关520、所述第二串行控制开关530发送高低速CAN切换数字信号，所述第一串行控制开关520由向所述高速CAN收发器540发送HCAN_TXD变为向所述低速/容错CAN收发器550发送LCAN_TXD，所述第二串行控制开关530由接收所述高速CAN收发器540发送的HCAN_RXD变为接收所述低速/容错CAN收发器550发送的LCAN_RXD，使所述高速CAN和所述低速/容错CAN之间完成数字信号部分的切换。

本领域的技术人员可以理解的是，上述的数字信号的发送和数字信号的接收都是相对于所述微控制器510而言的。

其中，CAN收发器是协议控制器和物理总线之间的接口，它可以为CAN总线提供不同的发送性能,同时为协议控制器提供不同的接收性能。在不同种类的CAN总线中，以高速CAN和低速/容错CAN的应用最为广泛。因为高速CAN的总线电压和低速/容错CAN的总线电压不同，所以不能在同一总线上同时实现高速CAN和低速/容错CAN两种形式。因此，需要高速CAN收发器540对高速CAN进行发送和接收，低速/容错CAN收发器550对低速/容错CAN进行发送和接收。

优选的，如图5所示，所述继电器560可以包括第一常闭端561、第二常闭端562、第一常开端563和第二常开端564。所述第一常闭端561和所述第一常开端563可以进行切换，所述第二常闭端562和所述第二常开端564可以进行切换。

所述高速CAN收发器540的第一I/O端口可以与所述继电器560的第一常闭端561连接，所述高速CAN收发器540的第二I/O端口可以与所述继电器560的第二常闭端562连接；

所述低速/容错CAN收发器550的第一I/O端口可以与所述继电器560的第一常开端563连接，所述低速/容错CAN收发器550的第二I/O端口可以与所述继电器560的第二常开端564连接。

其中，所述高速CAN收发器540的第一I/O端口还可以与所述继电器560的第一常开端563连接，所述高速CAN收发器540的第二I/O端口还可以与所述继电器560的第二常开端564连接；

所述低速/容错CAN收发器550的第一I/O端口还可以与所述继电器560的第一常闭端561连接，所述低速/容错CAN收发器550的第二I/O端口还可以与所述继电器560的第二常闭端562连接。

本领域技术人员可以理解的是，所述高速CAN收发器540和所述低速/容错CAN收发器550均可以进行模拟信号和数字信号的转换。

具体的，所述高速CAN收发器540的模拟信号线可以包括：HCAN_H（高速CAN的CAN高线）和HCAN_L（高速CAN的CAN低线），所述高速CAN收发器540可以通过第一常闭端561与外部进行HCAN_H传输，可以通过第二常闭端562与外部进行HCAN_L传输。所述低速/容错CAN收发器550的模拟信号线可以包括：LCAN_H（低速/容错CAN的CAN高线）和LCAN_L（低速/容错CAN的CAN低线），所述低速/容错CAN收发器550可以通过第一常开端563与外部进行LCAN_H传输，可以通过第二常开端564与外部进行LCAN_L传输。

如图6所示，所述继电器560的第一公共端565可以与外部CAN总线的CAN_H（CAN高线）连接，所述继电器560的第二公共端566可以与外部CAN总线的CAN_L（CAN低线）连接。

本领域技术人员可以理解的是，如果将所述高速CAN收发器540的模拟信号线和所述低速/容错CAN收发器550的信号线直接连接，因为外部CAN总线每次只能连接一种收发器，所以其中一个收发器在另一个收发器通信过程中会干扰其总线上的信号电压，影响CAN通信物理层信号波形，进而影响CAN通信质量。

优选的，所述继电器560可以为双刀双掷继电器，所述第一常闭端561和所述第二常闭端562设置在第一通道中，所述第一常开端563和所述第二常开端564设置在第二通道中。因此可以将所述高速CAN收发器540的HCAN_H和HCAN_L连接到所述继电器560的第一通道中，将所述低速/容错CAN收发器550的LCAN_H和LCAN_L连接到所述继电器560的第二通道中。因此，通过切换第一通道和第二通道，完成了高速CAN和低速/容错CAN模拟信号部分的切换。

所述微控制器510的控制端可以分别与所述第一串行控制开关520的控制端、所述第二串行控制开关530、所述继电器560的控制端连接；所述微控制器510可以用于控制所述第一串行控制开关520与所述高速CAN收发器540、所述低速/容错CAN收发器550的连接状态，可以用于控制所述第二串行控制开关530与所述高速CAN收发器540、所述低速/容错CAN收发器550的连接状态，以及可以用于控制所述继电器560常开端和常闭端的切换。

其中，所述微控制器510可以与上位机连接，所述微控制器510可以根据所述上位机发出的收发器的类型选择指令进行相应的切换操作。

具体的，当所述微控制器510接收由所述高速CAN收发器540切换到所述低速/容错CAN收发器550选择指令时，或是接收由所述低速/容错CAN收发器550切换至所述高速CAN收发器540选择指令时，所述微控制器510可以向所述第一串行控制开关520、所述第二串行控制开关530发送高低速CAN切换信号，以控制所述第一串行控制开关520与所述高速CAN收发器540、所述低速/容错CAN收发器550的连接，所述第二串行控制开关530与所述高速CAN收发器540、所述低速/容错CAN收发器550的连接，从而完成高速CAN和低速/容错CAN数字信号部分的切换。同时所述微控制器510可以向所述继电器560发送高低速CAN切换信号，因为第一通道和第二通道中均有一个单刀双刀开关，通过控制开关的闭合，实现第一通道和第二通道的切换。当第一通道与HCAN_H、HCAN_L连接时，CAN总线数据收发设备可以支持高速CAN通信；当第二通道与LCAN_H、LCAN_L连接时，CAN总线数据收发设备可以支持低速/容错CAN通信，从而完成高速CAN和低速/容错CAN模拟信号部分的切换。

综上可以看出，本发明提供的一种CAN总线数据收发设备中，所述微控制器510是一款集成CAN控制器功能的主控器件，它具备程序执行功能，通过所述微控制器510内部软件程序的执行，控制CAN总线数据收发设备中其它各组成部分的协调合作，进而实现CAN总线数据收发设备的两大功能：一方面可以实现CAN总线数据收发设备与外部CAN总线的数据通信；另一方面可以实现高速CAN和低速/容错CAN之间的切换控制，从而可以适应外部不同总线类型。所述继电器560可以将高速CAN通信的通道和低速/容错CAN通信的通道完全切断开，避免CAN通信过程中，未工作的CAN收发器对CAN波形形成干扰，很好的保证了CAN通信的质量。

如图7所示为本发明实施例公开的一种CAN总线数据收发设备中继电器部分的电路图，电路中的各个元器件的作用如下：

D1、D2：瞬态抑制二极管，用于抑制浪涌电流，可以提高系统的防护能力；

C1、C2：电容，可以进行ESD（Electro-Staticdischarge，静电放电）防护；

L1：共模滤波器，可以抑制共模信号干扰，提高EMC（ElectroMagneticCompatibility，电磁兼容）性能；

其中，CAN总线标准文件ISO11898-2规定在高速CAN中需使用共模滤波器，低速/容错CAN中则不需要使用共模滤波器；

双刀双掷继电器560：可以切换高低速CAN收发器；

D3：续流二极管，可以吸收U6关断时产生的能量，提高EMC性能；

Q1：其内部集成了R1、R2的NPN型三极管，对微控制器给出的高低速CAN切换信号进行放大以驱动双刀双掷继电器560。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种CAN总线数据收发设备，其特征在于，包括：微控制器、第一串行控制开关、第二串行控制开关、高速CAN收发器、低速/容错CAN收发器和继电器；

所述微控制器的输出端与所述第一串行控制开关的输入端连接，所述微控制器的输入端与所述第二串行控制开关的输出端连接；

所述第一串行控制开关的第一输出端与所述高速CAN收发器的输入端连接，所述第一串行控制开关的第二输出端与所述低速/容错CAN收发器的输入端连接；

所述第二串行控制开关的第一输入端与所述高速CAN收发器的输出端连接，所述第二串行控制开关的第二输入端与所述低速/容错CAN收发器的输出端连接；

所述高速CAN收发器的第一I/O端口与所述继电器的第一常闭端连接，所述高速CAN收发器的第二I/O端口与所述继电器的第二常闭端连接；

所述低速/容错CAN收发器的第一I/O端口与所述继电器的第一常开端连接，所述低速/容错CAN收发器的第二I/O端口与所述继电器的第二常开端连接；

所述微控制器的控制端分别与所述第一串行控制开关的控制端、所述第二串行控制开关的控制端、所述继电器的控制端连接；所述微控制器用于控制所述第一串行控制开关与所述高速CAN收发器、所述低速/容错CAN收发器的连接状态，用于控制所述第二串行控制开关与所述高速CAN收发器、所述低速/容错CAN收发器的连接状态，以及用于控制所述继电器常开端和常闭端的切换。

2.根据权利要求1所述的CAN总线数据收发设备，其特征在于，所述继电器为双刀双掷继电器。

3.根据权利要求1所述的CAN总线数据收发设备，其特征在于，所述微控制器与上位机连接，所述微控制器根据所述上位机发出的收发器类型的选择指令进行相应的切换操作。

4.根据权利要求1所述的CAN总线数据收发设备，其特征在于，所述继电器的第一公共端连接外部CAN总线的CAN高线，所述继电器的第二公共端连接外部CAN总线的CAN低线。