CN103941625A - Can总线数据传输监控系统 - Google Patents

Abstract

CAN总线数据传输监控系统，属于CAN总线数据监控技术领域。本发明为了解决CAN总线出现故障时，会造成CAN总线数据传输中断的问题。它的CAN总线作为数据的传输线，包括两路CAN总线及单片机驱动最小系统，CAN总线的数据传输端连接单片机的第一数据传输端；单片机的第二数据传输端连接SD卡的数据传输端；单片机通过FSMC总线控制TFT彩屏，单片机通过SPI总线控制语音芯片，单片机通过SPI总线控制液晶显示屏，按键模块的第一输出控制端通过单片机设置CAN总线波特率，按键模块的第二输出控制端通过单片机控制SD卡数据的读取；CAN总线与上位机通过数据端口连接。本发明用于CAN总线数据传输过程中的监控。

Description

CAN总线数据传输监控系统

技术领域

本发明涉及CAN总线数据传输监控系统，属于CAN总线数据监控技术领域。

背景技术

CAN(Controller Area Network)总线是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发，并最终成为国际标准，是目前为止应用最广的现场总线技术。CAN协议经ISO标准化后有ISO11898标准和ISO11519-2标准两种。ISO11898和ISO11519-2标准对于数据链路层的定义相同，物理层不同，ISO11898是通信速度为125kbps-1Mbps的CAN高速通信标准；ISO11519是通信速度为125kbps以下的CAN低速通信标准。高速CAN和低速CAN设备不能允许于同一个CAN网络中。对于需要高性能的控制系统来说，常采用高速CAN总线网络，组成分布式控制系统。高速CAN网络规定了物理层和数据链路层的协议，是一个多节点无主从的网络，传输速度最大可达到1Mhz。它需要2根线，采用的是差分信号传输，在网络的终端需要安装120欧姆电阻，进行阻抗匹配，以防止信号反射。

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。

CAN总线需要控制器和驱动器，stm32微控制器内部含有CAN控制器，所以需要根据需求选择CAN驱动器。对于分布式系统来说，通信系统的稳定性和可靠性是一大难题。如果通信系统不稳定，就会造成系统调试故障。而CAN线系统很难同时调试多个模块，因此对于每个模块的设计来说，要充分考虑主控模块的应用需求，要保证程序上没有漏洞。在实际调试的时候，CAN总线常会出现故障，由于CAN上的环节太多，使得故障类型也比较多，可能是模块故障、主控故障或者CAN模块硬件上的故障。由于确定故障源需要一定的时间才能完成，因此，在CAN总线出现故障的时候，数据传输将会受到影响，造成数据传输的中断。

发明内容

本发明目的是为了解决CAN总线出现故障时，会造成CAN总线数据传输中断的问题，提供了一种CAN总线数据传输监控系统。

本发明所述CAN总线数据传输监控系统，它包括CAN总线，它还包括单片机、SD卡、TFT彩屏、语音芯片、液晶显示屏、按键模块和上位机，

CAN总线作为数据的传输线，包括两路并联的CAN总线及单片机驱动最小系统，CAN总线的数据传输端连接单片机的第一数据传输端；单片机的第二数据传输端连接SD卡的数据传输端；单片机通过FSMC总线控制TFT彩屏，单片机通过SPI总线控制语音芯片，单片机通过SPI总线控制液晶显示屏，按键模块的第一输出控制端通过单片机设置CAN总线波特率，按键模块的第二输出控制端通过单片机控制SD卡数据的读取；CAN总线与上位机通过数据端口连接；

所述数据传输监控系统的数据监控过程为双向，其中由CAN总线发送数据的监控过程为：

将CAN总线的欲发送数据预先存储在SD卡中，单片机接收CAN总线传送数据的同时，按键模块控制单片机实时顺序读取SD卡中存储的欲发送数据，单片机将接收到的两路相应数据进行比对，若比对结果为数据相一致，则判定CAN总线数据传输正常；若比对结果为数据不一致，则判定CAN总线数据传输故障，通过语音芯片报警；单片机将接收到的CAN总线发送的数据处理后，通过TFT彩屏显示；液晶显示屏实时的显示当前时间；

由SD卡发送数据的监控过程为：按键模块控制单片机读取SD卡中的数据，单片机对接收的数据进行处理，处理后的数据通过TFT彩屏显示，通过液晶显示屏实时的显示当前时间，单片机处理后的数据再通过CAN总线上传至上位机，上位机对SD卡发送的数据进行监控，当单片机发现信号冲突、数据缺失或者在预定时间内未接收到数据信号，判断有故障发生，通过单片机控制语音芯片报警。

单片机的型号为STM32F103VCT6，单片机通过boot0和boot1引脚确定数据的下载模式。

它还包括线性稳压电源模块，线性稳压电源模块用于将5V电压转换为3.3V电压，为单片机、SD卡、TFT彩屏、语音芯片、液晶显示屏和按键模块提供工作电源。

本发明的优点：本发明可用于监控CAN总线上发送的消息。由于CAN总线在实际应用中，有些时候消息不能被接收到，通过本发明所述监控系统监控CAN的所有消息，并把消息存在SD卡里面，方便离线查看。它还能通过按键把SD卡里面的文件，通过CAN总线发给电脑，进行分析。本发明能够避免数据传输过程中由于故障造成的数据传输中断，保障了数据传输的时时性，并为故障源的查找提供了缓冲时间。

本发明用于监控CAN总线上的数据，当CAN总线出现问题时，应用本监控系统检查CAN总线上发送的数据帧，根据与主控程序中CAN的发送顺序，可以找到问题源。

附图说明

图1是本发明所述CAN总线数据传输监控系统的原理框图；

图2是两路并联的CAN总线及单片机驱动最小系统的电路原理图；

图3是线性稳压电源模块的电路原理图；

图4是液晶显示屏的电路原理图；

图5是SD卡的电路原理图；

图6是扣电池的电路原理图；

图7是系统时钟的电路原理图；

图8是独立键盘的电路原理图；

图9是开关盒矩阵键盘的电路原理图；

图10是单片机的电路原理图；

图11是TFT彩屏的电路原理图；

图12是语音芯片的电路原理图；

图13是听筒的电路原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述CAN总线数据传输监控系统，它包括CAN总线1，它还包括单片机2、SD卡3、TFT彩屏4、语音芯片5、液晶显示屏6、按键模块7和上位机8，

CAN总线1作为数据的传输线，包括两路并联的CAN总线及单片机驱动最小系统，CAN总线1的数据传输端连接单片机2的第一数据传输端；单片机2的第二数据传输端连接SD卡3的数据传输端；单片机2通过FSMC总线控制TFT彩屏4，单片机2通过SPI总线控制语音芯片5，单片机2通过SPI总线控制液晶显示屏6，按键模块7的第一输出控制端通过单片机2设置CAN总线1波特率，按键模块7的第二输出控制端通过单片机2控制SD卡3数据的读取；CAN总线1与上位机8通过数据端口连接；

所述数据传输监控系统的数据监控过程为双向，其中由CAN总线1发送数据的监控过程为：

将CAN总线1的欲发送数据预先存储在SD卡3中，单片机2接收CAN总线1传送数据的同时，按键模块7控制单片机2实时顺序读取SD卡3中存储的欲发送数据，单片机2将接收到的两路相应数据进行比对，若比对结果为数据相一致，则判定CAN总线1数据传输正常；若比对结果为数据不一致，则判定CAN总线1数据传输故障，通过语音芯片5报警；单片机2将接收到的CAN总线1发送的数据处理后，通过TFT彩屏4显示；液晶显示屏6实时的显示当前时间；

由SD卡3发送数据的监控过程为：按键模块7控制单片机2读取SD卡3中的数据，单片机2对接收的数据进行处理，处理后的数据通过TFT彩屏4显示，通过液晶显示屏6实时的显示当前时间，单片机2处理后的数据再通过CAN总线1上传至上位机8，上位机8对SD卡3发送的数据进行监控，当单片机2发现信号冲突、数据缺失或者在预定时间内未接收到数据信号，判断有故障发生，通过单片机2控制语音芯片5报警。

在CAN总线网络中，由于数据错误、硬件设置错误、数据传递冲突或者协议不正确时，会引发CAN总线网络的数据传递故障，因此采用本发明所述监控系统，将应该传递的数据与实际传递的数据进行比对，当发现不一致时，由语音芯片报警进行提示，从而到达故障监控的目的，其中应该传递的数据由SD卡来储存，离线调用并实时进行比对。

具体实施方式二：下面结合图10说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述单片机2的型号为STM32F103VCT6，单片机2通过boot0和boot1引脚确定数据的下载模式。

具体实施方式三：下面结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，本实施方式还包括线性稳压电源模块，线性稳压电源模块用于将5V电压转换为3.3V电压，为单片机2、SD卡3、TFT彩屏4、语音芯片5、液晶显示屏6和按键模块7提供工作电源。

本发明所述CAN总线数据传输监控系统，将单片机2与SD卡3集成在一起，通过内嵌FatFS文件系统，可以在应用层轻松的读写SD卡上的文件，通过FSMC总线操作320*480分辨率的TFT彩屏，通过SPI总线操作ISD1750语音芯片，通过SPI总线操作12864液晶显示屏，按键模块7设置CAN总线波特率，以适应不同CAN总线波特率的要求；它可以通过按键模块7的控制读取SD卡上的数据，然后上传上位机进行监控，也可以采用上位机编写的MATLAB脚本直接读取SD卡上的文件，并转换成Excel文件，方便查看。

本发明的整体电路由图2至图13所示，由CAN总线1发送数据时，数据通过CAN总线发送给STM32F103VCT6单片机10对应功能针脚，其中boot0\boot1决定单片机的下载模式，全接地为flash读写，单片机模块内预留有烧写针脚，图7所示系统时钟，由图6所示扣电池保持持续的供电，图12所示的语音芯片由图13所示的听筒发出开始或结束等指示性语音，将数据存储到SD卡中；反之，SD卡中的数据按可逆的路线可经CAN总线1发出回到上位机8，图9所示开关盒矩阵键盘可用来进行模块功能的选择，确定数据发送的方向。当数据从上位机通过CAN总线给到SD卡时，上位机传递给SD卡的数据会通过TFT彩屏来显示，其中字库是在程序里面自定义的，数据的分析和协议在单片机里面有体现。当数据从SD卡通过CAN总线给到上位机时，可通过matlab编写一个可以将数据存放到excel的程序。

应用实例：下面是A车二次收拢没有打开时CAN总线的原始数据，通过WINHEX软件可以查看文件的数据的16进制形式。这里面的数据是指SD卡中的原始数据，通过windex可以直接查看。

原始数据经过解析之后，通过CAN总线1发送给上位机的调试数据如下：

上表中的ID是CAN总线的ID，数据收发的双方通过选择ID来完成数据分析方案的选择，同样的数据通过不同的ID传输会有不同的结果。Len表示每次数据传递的长度，比如Len为1时，每次数据传递除了第一位，其他的数据是不被传输的。Fmt表示接收帧的类型，分为标准帧和扩展帧，标准帧为11位，扩展帧为29位。

将解析后的数据保存成Excel，如下表所示：

Claims (3)

1.一种CAN总线数据传输监控系统，它包括CAN总线(1)，其特征在于，它还包括单片机(2)、SD卡(3)、TFT彩屏(4)、语音芯片(5)、液晶显示屏(6)、按键模块(7)和上位机(8)，

CAN总线(1)作为数据的传输线，包括两路并联的CAN总线及单片机驱动最小系统，CAN总线(1)的数据传输端连接单片机(2)的第一数据传输端；单片机(2)的第二数据传输端连接SD卡(3)的数据传输端；单片机(2)通过FSMC总线控制TFT彩屏(4)，单片机(2)通过SPI总线控制语音芯片(5)，单片机(2)通过SPI总线控制液晶显示屏(6)，按键模块(7)的第一输出控制端通过单片机(2)设置CAN总线(1)波特率，按键模块(7)的第二输出控制端通过单片机(2)控制SD卡(3)数据的读取；CAN总线(1)与上位机(8)通过数据端口连接；

所述数据传输监控系统的数据监控过程为双向，其中由CAN总线(1)发送数据的监控过程为：

将CAN总线(1)的欲发送数据预先存储在SD卡(3)中，单片机(2)接收CAN总线(1)传送数据的同时，按键模块(7)控制单片机(2)实时顺序读取SD卡(3)中存储的欲发送数据，单片机(2)将接收到的两路相应数据进行比对，若比对结果为数据相一致，则判定CAN总线(1)数据传输正常；若比对结果为数据不一致，则判定CAN总线(1)数据传输故障，通过语音芯片(5)报警；单片机(2)将接收到的CAN总线(1)发送的数据处理后，通过TFT彩屏(4)显示；液晶显示屏(6)实时的显示当前时间；

由SD卡(3)发送数据的监控过程为：按键模块(7)控制单片机(2)读取SD卡(3)中的数据，单片机(2)对接收的数据进行处理，处理后的数据通过TFT彩屏(4)显示，通过液晶显示屏(6)实时的显示当前时间，单片机(2)处理后的数据再通过CAN总线(1)上传至上位机(8)，上位机(8)对SD卡(3)发送的数据进行监控，当单片机(2)发现信号冲突、数据缺失或者在预定时间内未接收到数据信号，判断有故障发生，通过单片机(2)控制语音芯片(5)报警。

2.根据权利要求1所述的CAN总线数据传输监控系统，其特征在于，单片机(2)的型号为STM32F103VCT6，单片机(2)通过boot0和boot1引脚确定数据的下载模式。

3.根据权利要求1或2所述的CAN总线数据传输监控系统，其特征在于，它还包括线性稳压电源模块，线性稳压电源模块用于将5V电压转换为3.3V电压，为单片机(2)、SD卡(3)、TFT彩屏(4)、语音芯片(5)、液晶显示屏(6)和按键模块(7)提供工作电源。