CN107786405B - 基于can总线的多节点自动组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于CAN总线的多节点自动组网方法。CAN节点上电侦听等待第一时长，并随机延时第二时长，并得到一ID，然后广播发送所述ID。成功广播发送完成的CAN节点，将其发送的所述ID设置为自身ID，其后每个一心跳时间发送一次该自身ID。未成功发送完成的节点，将收到来自发送成功CAN节点广播的ID报文，并认为该ID已被占用，将该ID加1形成新的ID，终止前一次发送，随机延时所述第二时长，再次广播发送所述新的ID报文。依次类推，直至所有CAN节点均已被分配ID。本发明的自动组网方法针对多机并联、总线上有多节点的应用，通过自动组网算法，实现ID分配、节点动态增减，无需任何人工或外部干预。

Description

基于CAN总线的多节点自动组网方法
技术领域
本发明涉及CAN总线技术领域，且特别是有关于CAN总线自动组网的方法。
背景技术
CAN(Controller Area Network)总线是一种最初为汽车车载设备控制而设计的串行数字通信总线，其目的是用多点、串行数字通讯技术取代常规的直接导线信号连接，可以大量节省车载设备的电缆布线。由于CAN总线可靠性高、协议精炼、价格低，在工业测控领域也获得广泛应用。随着电动汽车的普及，充电桩市场规模庞大，为便于与电池管理系统BMS对接，CAN总线在充电桩产品中也已成为主流通讯方式。
充电桩一般由数台或数十台充电模块并联以提升功率，通信电源系统通常也由数台开关电源模块并联组成，以及测控领域也存在较多并联、同等多节点组网的应用需求。针对多节点CAN总线，通常组成网络时先由专业人员定义好每个节点的ID，网络建立需较长的准备时间；另一种方法是通过一个主机来管理和分配ID，但各个节点需依次连接到网络，操作较为复杂。
专利201210034238.7公开了一种小型CAN总线网络组网的方法，该方法具有以下缺点：
1)需外部先选定起始节点，增加了操作难度，非完全自动；
2)节点ID由随机数确定，会导致不连续，增加了主机监控难度；
3)需确定的网络节点总数N，以确定组网完成，应用场合受限；也无法动态地增加或减少网络节点。
专利200910079308.9公开了一种CAN总线动态组网的方法，该方法的缺点是：
1)每个节点即终端设备须具有不同的特征ID，无法自动分配ID；仅通过组网竞争出总线控制器；
2)总线控制器须维护节点信息表，若总线控制器退出，需重新组网，由新竞争出的总线控制器维护节点信息表，增加了软件开发难度。
发明内容
本发明正是思及于此，提供针对总线上有多节点的应用，提供一种自动组网算法，实现ID分配、节点动态增减，无需任何人工或外部干预。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
所述CAN总线包含多个CAN节点，所述自动组网方法，包括如下步骤：
第一步骤，各CAN节点上电侦听等待第一时长，接收总线上的ID报文；
第二步骤，各CAN节点随机延时第二时长，并生成一ID，所述ID包含N位随机数和M位有效ID，然后广播发送所述ID；
第三步骤，成功发送完成的CAN节点，将其发送的所述ID设置为自身ID，其后每个一心跳时间发送一次所述自身ID；
第四步骤，未成功发送完成的节点，将收到来自发送成功CAN节点广播发送的ID报文，并认为所述ID已被占用，若其生成的ID与其接收到的ID报文相同，自动将其生成的ID加1形成新的ID报文，终止前一次发送，随机延时所述第二时长，再次广播发送所述新的ID报文；
第四步骤执行结束后继续执行第三步骤，直至所有CAN节点均已被分配ID。
本发明优选的，所述心跳时间为1S。
本发明优选的，所述第二时长小于100ms。
基于CAN总线的多节点自动组网方法，应用于新加入CAN节点的CAN总线，包含如下步骤：
第五步骤，新加入节点上电侦听等待；
第六步骤，获知当前网络上节点数量及各节点的ID，自动递加查询即可确定自身ID，然后广播发送ID报文；
第七步骤，成功发送完成的节点，将其发送的ID报文设置为自身ID，其后每个一心跳时间发送一次该自身ID；
第八步骤，未成功发送完成的节点，将收到来自发送成功CAN节点广播的ID报文，并认为该ID已被占用，若其生成的ID与该ID报文相同，则自动将其生成的ID加1形成新的ID报文，终止前一次发送，随机延时所述第二时长，再次广播发送所述新的ID报文；
第八步骤执行结束后继续执行第七步骤，直至所有CAN节点均已被分配ID。
本发明基于CAN总线的多节点自动组网方法，应用于具有指定ID的CAN总线，将所述指定ID作为组地址或者硬件地址，通过所述基于CAN总线的多节点自动组网方法再次分配软件网络ID。
本发明基于CAN总线的多节点自动组网方法，应用于具有指定ID的CAN总线，，应用于具有指定ID的CAN总线，所述指定ID作为所述自身ID进行组网。
有益效果，本发明的自动组网方法针对多机并联、总线上有多节点的应用，通过自动组网算法，实现ID分配、节点动态增减，无需任何人工或外部干预。。
为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为多节点CAN总线网络。
图2为无指定ID多节点CAN总线自动组网实施例图。
图3为本发明标准ID地址帧图。
图4为新加入节点CAN总线自动组网实施例图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
本发明中所述的“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。另外，凡可能之处，在图示及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤，系代表相同或类似部件。
本发明的目的在于提供一种基于CAN总线的多节点自动组网方法，实现ID完全自动分配，且自动分配的ID地址连续，便于管理及寻址；组网完成后，通过心跳报文，各节点能够实时获知网络节点数量及ID情况，在任一节点故障退出时，其他节点的可以及时补位；同时便于新增节点的ID分配，达到动态组网的效果。
图1为一多节点CAN总线网络示意图，是本发明CAN总线动态组网方法实施例的硬件电路，所述CAN总线上连接有多个CAN节点。
图2为本发明CAN总线动态组网方法的第一实施例，包括如下步骤：
步骤S21，各CAN节点上电侦听等待第一时长。用于接收总线上的ID报文。所述第一时长，例如为1S。
步骤S22，各CAN节点随机延时第二时长，并生成一ID，所述ID包含N位随机数和M位有效ID，然后广播发送所述ID。被广播发送的所述ID为ID报文。如图3为本发明所述ID的标准帧组成，所述ID的标准帧的位数为N+M位，优选的，所述ID的标准帧的位数为11位，且其中N优选的N<6，且各节点初始有效ID均为1。另外所述第二时长，优选的小于100ms。
步骤S23，成功发送完成的CAN节点，将其发送的ID报文设置为自身ID，其后每隔一心跳时间发送一次该自身ID。心跳时间内被发送的自身ID被称为心跳报文。基于CAN总线的仲裁功能，多个CAN节点同时发送时，仅有一CAN节点能够成功发送完成，进一步，通过随机延时及所述ID的N位随机数可有效确保仅一节点成功发送，例如，随机数为N位1，随机数为N位1使得所述ID的数值变大，所述ID的数值越大优先级越低，全部设置为1以降低心跳报文的优先级；所述心跳时间，优选的，为1S。
步骤S24，未成功发送完成的CAN节点，将收到来自发送成功CAN节点广播的ID报文，并认为该ID已被占用，若其生成的ID与该ID报文相同，则自动将该ID报文加1形成新的ID，终止前一次发送，随机延时所述第二时长，再次广播发送所述新的ID。
此次发送，同样仅有一个CAN节点能够成功发送，执行完步骤S24后执行步骤S23，成功发送的CAN节点，将其发送的ID报文设置为自身ID，其后每个一心跳时间发送一次该自身ID。依次类推，直至所有CAN节点均已被分配ID。执行步骤S25，所有CAN节点均已被分配ID，组网完成。
组网完成后，网络中所有节点能够周期收到来自其他节点的广播ID报文，类似心跳报文，则任一节点可以获知当前网络上节点数量及各节点的ID情况；在区分主从机的多节点总线上，比如可以让ID最小的节点作为主机，其他均作为从机；当主机因故障退出网络时，按ID顺序的其他从机自动切换为主机。
图4为新加入节点CAN总线网络组网实施例图。该实施例包括如下步骤：
步骤S41，新加入CAN节点上电侦听等待所述第一时长，若所述第一时长内收到了心跳报文，重新计时再等待所述第一时长，直至收不到任何新心跳报文。所述第一时长，例如为1S。
步骤S42，获知当前网络上CAN节点数量及各节点的ID，自动递加查询确定ID，然后广播发送所述ID。被广播发送的所述ID称为ID报文。
步骤S43，成功发送完成的节点，将其发送的ID报文设置为自身ID，其后每隔一心跳时间发送一次该自身ID。所述心跳时间，优选的，为1S。每隔一心跳时间发送的所述自身ID，称为心跳报文。
步骤S44，未成功发送完成的CAN节点，将收到来自发送成功CAN节点广播的ID报文，并认为该ID已被占用，若其生成的ID与该ID报文相同，则自动将其生成的ID加1形成新的ID，终止前一次发送，随机延时所述第二时长，再次广播发送所述新的ID。所述第二时长，优选的小于100ms。
此次发送，同样仅有一个CAN节点能够成功发送，执行完步骤S44后执行步骤S43，成功发送的CAN节点，将其发送的ID报文设置为自身ID，其后每个一心跳时间发送一次该自身ID。依次类推，直至所有CAN节点均已被分配ID。执行步骤S45，所有CAN节点均已被分配ID，组网完成。
本发明的CAN总线动态组网方法，针对已指定ID的多节点网络同样适用；已指定ID可以作为组地址或者硬件地址，通过组网再次分配软件网络ID；或者，已指定ID也可直接作为网络ID，按照前述步骤组网。
本发明动态组网方法是基于CAN总线的多机仲裁机制而实现的抢占式获取ID分配方式，采用仲裁退出发送的节点ID自动递加，再次发送抢占的ID分配逻辑。另外，通过延时随机时长发送及随机数作为ID一部分的报文格式，避免相同ID同时发送的情况。通过心跳报文及上电侦听一定时长，实现了网络的动态重组。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (8)

1.基于CAN总线的多节点自动组网方法，所述CAN总线包含多个CAN节点，其特征在于，所述自动组网方法，包括如下步骤：
第一步骤，各CAN节点上电侦听等待第一时长，接收总线上的ID报文；
第二步骤，各CAN节点随机延时第二时长，并生成一ID，所述ID包含N位随机数和M位有效ID，然后广播发送所述ID；
第三步骤，成功发送完成的CAN节点，将其发送的所述ID设置为自身ID，其后每个一心跳时间发送一次所述自身ID；
第四步骤，未成功发送完成的节点，将收到来自发送成功CAN节点广播发送的ID报文，并认为所述ID已被占用，若其生成的ID与其接收到的ID报文相同，自动将其生成的ID加1形成新的ID报文，终止前一次发送，随机延时所述第二时长，再次广播发送所述新的ID报文；
第四步骤执行结束后继续执行第三步骤，直至所有CAN节点均已被分配ID。
2.如权利要求1所述基于CAN总线的多节点自动组网方法，其特征在于，所述心跳时间为1S。
3.如权利要求1所述基于CAN总线的多节点自动组网方法，其特征在于，所述第二时长小于100ms。
4.如权利要求1所述基于CAN总线的多节点自动组网方法，应用于新加入CAN节点的CAN总线，包含如下步骤：
第五步骤，新加入CAN节点上电侦听等待；
第六步骤，获知当前网络上节点数量及各节点的ID，自动递加查询生成一ID，然后广播发送所述ID；
第七步骤，成功发送完成的节点，将其发送的ID报文设置为自身ID，其后每隔一心跳时间发送一次该自身ID；
第八步骤，未成功发送完成的节点，将收到来自发送成功CAN节点广播的ID报文，并认为该ID已被占用，若其生成的ID与ID报文相同，则自动将其生成的ID加1形成新的ID，终止前一次发送，随机延时所述第二时长，再次广播发送所述新的ID报文；
第八步骤执行结束后继续执行第七步骤，直至所有CAN节点均已被分配ID。
5.如权利要求4所述基于CAN总线的多节点自动组网方法，其特征在于，所述心跳时间为1S。
6.如权利要求4所述基于CAN总线的多节点自动组网方法，其特征在于，所述第二时长小于100ms。
7.如权利要求1所述基于CAN总线的多节点自动组网方法，其特征在于，应用于具有指定ID的CAN总线，将所述指定ID作为组地址或者硬件地址，通过所述基于CAN总线的多节点自动组网方法再次分配软件网络ID。
8.如权利要求1所述基于CAN总线的多节点自动组网方法，其特征在于，应用于具有指定ID的CAN总线，所述指定ID作为所述自身ID进行组网。
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