CN107426073A - 一种控制器局域网总线延长的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于局域网设备技术领域，公开了一种控制器局域网总线延长的方法及装置，装置包括：CAN转光采集模块和本地应答模块；方法包括：CAN转光采集模块接收CAN设备发送的CAN差分信号，并将CAN差分信号转换为传输信号向外发送；本地应答模块检测所述CAN差分信号的CAN帧，并向所述CAN设备发送应答信号；CAN转光采集模块接收外部的传输信号，并将传输信号转换为CAN差分信号发送给CAN设备。本发明实现了在相同传输距离的情况下减少转发延时，增加传输距离。

Description

一种控制器局域网总线延长的方法及装置
技术领域
本发明属于局域网设备技术领域，尤其涉及一种控制器局域网总线延长的方法及装置。
背景技术
目前，双绞线的CAN(控制器局域网)总线分布式系统已得到了广泛应用，如汽车、电梯控制、电力系统控制等，各项技术已经成熟。与双绞线和同轴电缆相比，光纤的低传输损耗使传输距离大大增加。除此以外，光缆还具有不辐射能量、不导电、没有电感等特性，且光缆中不存在串扰以及光信号相互干扰的影响，具有优良的抗EMI以及EMC特性，也不会有在线路感应耦合导致的安全问题。
目前，CAN总线是国际上应用最广泛的现场总线之一，因其高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被大量应用于工业自动化、监控系统、医疗系统等众多领域。但是CAN总线最大传输距离不超过2千米，更远的传输距离需要通过中断器或集线器等进行延长。CAN总线延长主要有两种实现方式：存储转发和直接信号转换。
采用“存储转发”方式，发送时，需要先将CAN数据接收并存储到转换器中，再通过转换器将CAN数据通过其它信号(例如光信号)发送出去；接收时，先从其它信号中接收数据，并存储到转换器中，再将CAN数据通过CAN总线发送出去。此方式转发延时较大，最小延时无法达到微秒级别。
采用“直接信号转换”方式，发送或接收时，都是将CAN信号直接通过CAN光纤转换器中的相关电路，转换成光纤信号。此方式传输距离较短，最大传输距离不超过2千米。
因此，现有技术中的CAN总线延长的方式存在转发延时大或距离传输短的问题(最大传输距离不超过2千米)。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种控制器局域网总线延长的方法及装置，能够在相同传输距离的情况下减少转发延时，增加传输距离。
本发明实施例是这样实现的：
一种控制器局域网总线延长的装置，包括：CAN转光采集模块和本地应答模块，所述CAN转光采集模块接收CAN设备发送的CAN差分信号，并将CAN差分信号转换为传输信号向外发送，本地应答模块检测所述CAN差分信号的CAN帧，并向所述CAN设备发送应答信号，所述CAN转光采集模块接收外部的传输信号，并将传输信号转换为CAN差分信号发送给CAN设备。
其中，CAN转光采集模块包括CAN收发器、方向控制模块和TTL光纤收发器，本地应答模块为CAN控制器，CAN收发器与方向控制模块数据交互电连接，方向控制模块分别与CAN控制器和TTL光纤收发器数据交互电连接，CAN收发器和CAN控制器数据交互电连接，所述CAN控制器检测方向控制模块的数据发送状态，向CAN收发器发送数据发送成功的应答信号。
其中，所述传输信号为光信号。
一种控制器局域网总线延长的方法，包括以下步骤：
401、CAN转光采集模块接收CAN设备发送的CAN差分信号，并将CAN差分信号转换为传输信号向外发送；
402、本地应答模块检测所述CAN差分信号的CAN帧，并向所述CAN设备发送应答信号。
在步骤401之前还包括：检测CAN转光采集模块是否为接收状态，是则执行步骤401，否则，CAN转光采集模块接收外部的传输信号，并将传输信号转换为CAN差分信号发送给CAN设备。
其中，所述传输信号为光信号。
本发明实施例通过采用“直接信号转换”方式，并增加本地应答模块检测CAN帧，相应发出应答信号，而不再等待接收方的应答信号，从而在相同传输距离的情况下减少了转发延时，同时，由于传输距离变长后，信号传输延时加大，CAN的应答信号由本地应答模块直接回应，不再等待接收方的应答信号，从而突破2千米的最大传输距离。
附图说明
图1是本发明控制器局域网总线延长的装置模块图；
图2是图1模块图的细化图；
图3本发明控制器局域网总线延长的方法流程图；
图4是CAN帧发送过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下采用光信号为例，结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
如图1和图2所示，一种控制器局域网总线延长的装置，包括：CAN转光采集模块和本地应答模块，所述CAN转光采集模块接收CAN设备发送的CAN差分信号，并将CAN差分信号转换为传输信号向外发送，本地应答模块检测所述CAN差分信号的CAN帧，并向所述CAN设备发送应答信号，所述CAN转光采集模块接收外部的传输信号，并将传输信号转换为CAN差分信号发送给CAN设备。
CAN转光采集模块包括：CAN收发器、方向控制模块和TTL光纤收发器，本地应答模块为CAN控制器，CAN收发器与方向控制模块数据交互电连接，方向控制模块分别与CAN控制器和TTL光纤收发器数据交互电连接，CAN收发器和CAN控制器数据交互电连接，所述CAN控制器检测方向控制模块的数据发送状态，向CAN收发器发送数据发送成功的应答信号。CAN收发器：完成CAN差分信号和TTL信号的相互转换；CAN控制器：检测CAN帧，并发送应答信号；方向控制模块：通过采样CAN收发器和TTL光纤收发器信号，控制转换器的工作状态；TTL光纤收发器：完成光纤信号和TTL信号的相互转换。其中，所述传输信号为光信号。
如图3所示，一种控制器局域网总线延长的方法流程如下：
检测CAN转光采集模块是否为接收状态，是则CAN转光采集模块接收CAN设备发送的CAN差分信号，并将CAN差分信号转换为传输信号向外发送；本地应答模块检测所述CAN差分信号的CAN帧，并向所述CAN设备发送应答信号。CAN转光采集模块不为接收状态，CAN转光采集模块接收外部的传输信号，并将传输信号转换为CAN差分信号发送给CAN设备。
具体为：方向控制模块设为接收模式，初始化CAN控制器，方向控制模块采集CAN收发器和TTL光纤收发器信号，如果方向控制模块不是接收状态，则TTL光纤收发器接收光信号，将TTL信号发给方向控制模块，CAN收发器发送CAN信号，直至方向控制模块为接收状态，之后，CAN收发器信号发给方向控制模块，方向控制模块同时传递给CAN控制器和TTL光纤收发器，TTL光纤收发器发送光信号，如果检测到CAN帧结束，则CAN控制器发送应答信号，如果未结束，则继续。
综上，CAN接收状态：接收到的CAN差分信号转换为TTL信号，最后再转换为光信号发送出去；如果检测到CAN帧结束，发送CAN应答信号给CAN发送方。CAN发送状态：接收到光信号转换为TTL信号，最后再转换为CAN差分信号发送出去。
如图4所示，CAN帧一帧的发送过程如下：
应答场长度为2个位，包含应答间隙(ACK SLOT)和应答界定符(ACK DELIMITER)。在应答场里，发送站发送两个“隐性”位。当接收器正确地接收到有效的报文，接收器就会在应答间隙(ACK SLOT)期间(发送ACK信号)向发送器发送一个“显性”的位以示应答。
发送方发送一帧CAN数据，必须应答间隙(ACK SLOT)期间收到接收方的ACK应答信号，才会认为真正的发送成功。
因为传输距离变长后，信号传输延时加大，接收方发来的应答信号不能在应答间隙(ACK SLOT)期间到达，最终导致发送失败。为解决这个问题，CAN的应答信号由本地应答模块直接回应，不再等待接收方的应答信号，从而突破2千米的最大传输距离。
同时CAN转光采集模块直接将CAN差分信号转换成光信号，不再接收数据、存储数据、转发数据，所以转发延时很短。
本发明中的这些模块，都可以采用微控制器(MCU)、专用集成电路(ASIC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、硬件电路等来实现。
本发明的实施例中，采用的光信号也可以为任何适于远距离传输的传输信号(比如一些高频电磁波信号等等)，用TTL光纤收发器实现TTL与光信号的转换，本发明的方法，在保证了相同传输距离的情况下，通过直接转发的方式，减少数据转发延时，提高了数据的处理效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种控制器局域网总线延长的装置，其特征在于，包括：CAN转光采集模块和本地应答模块，所述CAN转光采集模块接收CAN设备发送的CAN差分信号，并将CAN差分信号转换为传输信号向外发送，本地应答模块检测所述CAN差分信号的CAN帧，并向所述CAN设备发送应答信号，所述CAN转光采集模块接收外部的传输信号，并将传输信号转换为CAN差分信号发送给CAN设备。
2.根据权利要求1所述的一种控制器局域网总线延长的装置，其特征在于：CAN转光采集模块包括CAN收发器、方向控制模块和TTL光纤收发器，本地应答模块为CAN控制器，CAN收发器与方向控制模块数据交互电连接，方向控制模块分别与CAN控制器和TTL光纤收发器数据交互电连接，CAN收发器和CAN控制器数据交互电连接，所述CAN控制器检测方向控制模块的数据发送状态，向CAN收发器发送数据发送成功的应答信号。
3.根据权利要求1所述的一种控制器局域网总线延长的装置，其特征在于：所述传输信号为光信号。
4.一种控制器局域网总线延长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
401、CAN转光采集模块接收CAN设备发送的CAN差分信号，并将CAN差分信号转换为传输信号向外发送；
402、本地应答模块检测所述CAN差分信号的CAN帧，并向所述CAN设备发送应答信号。
5.根据权利要求4所述的一种控制器局域网总线延长的方法，其特征在于，在步骤401之前还包括：检测CAN转光采集模块是否为接收状态，是则执行步骤401，否则，CAN转光采集模块接收外部的传输信号，并将传输信号转换为CAN差分信号发送给CAN设备。
6.根据权利要求4或5所述的一种控制器局域网总线延长的方法，其特征在于：所述传输信号为光信号。
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