CN108234025A - 一种can总线系统及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CAN总线系统及电子设备，其中所述CAN总线系统包括多个光电转换设备，两个所述光电转换设备之间通过光电复合缆连接，且任意两个所述光电转换设备之间均可通过所述光电复合缆进行光信号交流，多个所述光电转换设备用于与多个不同功能的电子设备一一对应连接通信。本发明解决了现有技术中，汽车CAN总线的铜缆传输介质易受电磁干扰和成本高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及车载CAN总线系统技术领域，特别是涉及一种CAN总线系统及电子设备。
背景技术
作为ISO11898CAN标准的CANBUS(Controller Area Net-work Bus，车载控制器局域网)，是制造厂中连接现场设备(传感器、执行器、控制器等)、面向广播的串行总线系统，是国际上应用最广泛的现场总线之一，最初由美国通用汽车公司(GM)开发用于汽车工业，CANBUS被设计作为汽车环境中的微控制器之间通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。它是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有较高的位速率，高抗干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。信号传输距离达到10Km时，仍然可提供高达5Kbps的数据传输速率。由于CAN串行通讯总线具有这些特性，它很自然的在汽车、制造业以及航空工业中受到广泛应用。但是现有的光电模块所附有的通信端口主要为石英光纤或铜缆，石英光纤衰减低、带宽高，是长距离数据传输的主要介质，但不适宜多次插拔、弯曲、震动，施工测试维护费用高，难以在用户端普及，其连接器件成本和安装费用大大增加了系统的造价。而铜缆受电磁辐射影响较大，受传输损耗、带宽及噪声的限制成为瓶颈。
随着汽车电子技术的不断发展，汽车上的各种电子装置越来越多，电子控制装置之间的通讯也越来越复杂，而汽车上传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，造成了庞大的布线系统，已远远不能满足汽车愈加复杂的控制系统要求。汽车控制局域网CAN总线应运而生，它广泛应用于汽车电子控制系统中，为实现汽车控制部件的智能化和汽车控制系统的网络化提供了一个有效的途径和方法。汽车内部各电子设备之间的数据交换对实时性要求较高，现有汽车内部CAN总线，其通信介质采用的是金属双绞线。随着汽车电子化程度的增加，车内各电子设备之间的数据交换也更加频繁。由于汽车内部电磁环境恶劣，基于金属双绞线的CAN总线系统的数据传输速率和数据传输准确率都会受到较大的影响。
发明内容
本发明实施例主要提供一种CAN总线系统及电子设备，以解决现有技术中，随着汽车电子化程度的增加，车内各电子设备之间的数据交换也更加频繁，由于汽车内部电磁环境恶劣，基于金属双绞线的CAN总线系统的数据传输速率和数据传输准确率都会受到较大的影响的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案如下：
一种CAN总线系统，其包括多个光电转换设备，两个所述光电转换设备之间通过光电复合缆连接，且任意两个所述光电转换设备之间均可通过所述光电复合缆进行光信号交流，多个所述光电转换设备用于与多个不同功能的电子设备一一对应连接通信。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的另一技术方案如下：
一种电子设备，其包括如上述的CAN总线系统。
本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例通过采用光电复合缆将光电转换设备连接起来组成CAN总线系统，多个所述光电转换设备与多个不同功能的电子设备一一对应连接通信，解决了现有的汽车CAN总线系统的铜缆传输介质易受电磁干扰和成本高的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的光电复合缆一实施方式的横截面剖视图；
图2是本发明实施例的光电耦合器一实施方式的横截面剖视图；
图3是本发明实施例的光电转换设备一实施方式的部分结构框架图；
图4是本发明实施例的CAN总线系统和各个功能不同的电子设备连接后的第一种框架示意图；
图5是本发明实施例的CAN总线系统和各个功能不同的电子设备连接后的第二种框架示意图；
图6是本发明实施例的CAN总线系统和各个功能不同的电子设备连接后的第三种框架示意图；
图7是本发明实施例的一种电子设备的部分结构的框架图。
具体实施方式
实施例一
光导纤维是由两层折射率不同的玻璃组成。内层为光内芯，直径在几微米至几十微米，外层的直径0.1～0.2mm。一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大1％。根据光的折射和全反射原理,当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，全部反射。
请参阅图1，图1是本发明实施例的光电复合缆10的横截面剖视图，结合图1可以得到，本发明的一种光电复合缆10，其包括封裹于护套13内的若干股光纤缆11及若干股电线缆12，若干股所述光纤缆11之间相互绝缘，若干股所述电线缆12之间相互绝缘，若干股所述光纤缆11与所述电线缆12相互绝缘。可选地，所述光纤缆11的股数也可为一股，所述电线缆12的股数也可为一股
其中，所述光纤缆11用于传输光信号，所述电线缆12用于传输电信号。
在本实施例中，可选地，所述光纤缆11包含的光纤为塑料光纤，所述电线缆12包含的电线为铜线。
在本实施例中，可选地，所述护套13为具有阻燃、耐高温、抗压和抗拉伸的材料所制成。其中,作为本发明实施例的一个可选方案，光电复合缆10中设有两股铜线缆和两股光纤缆11，铜缆传输12V电压或5V电压，光纤缆11传输红绿蓝等可见光信号，起光纤芯外径为可选为1.0mm。铜线缆和光纤缆11包裹在耐压、耐磨、耐高温和阻燃的护套13中。
塑料光纤(POF)与铜缆相比，具有以下优点：
1)无电干扰：POF是免电磁干扰、串扰和噪声的；2)电隔离：POF光网络装置是电隔离的；3)节省空间：POF光缆的直径要比TP双绞线至少小50％，因此布线所占的空间要小；4)重量轻：POF要比五类线至少轻4倍，因此可以节省装运成本；5)快速连接：可以很容易地剪断和连接；6)可靠耐用：POF能够经受更大的震动；7)容易安装：因为无需考虑串扰和噪声的抑制，因此很容易安装；8)连通测试简单：只需做链路插入损耗测试；9)具有保密性和安全性：POF光缆难以被窃听；10)零辐射：POF没有电磁辐射产生；11)服务性好：特别适合于视频、数据和语音的Triply三合一服务。
本发明实施例光电复合缆10，将塑料光纤(POF)和铜线分别作为传输光信号和电信号的介质，由于塑料光纤的光纤芯连接简便和易对准，使得其安装成本很低。另外，塑料光纤的数值孔径大，与光源和接收器件的耦合效率高，用途广泛。将本发明实施例光电复合缆10作为汽车CAN总线系统的传输介质，可解决现有技术的汽车CAN总线系统的铜缆传输介质易受电磁干扰和成本高的问题。
实施例二
请参考图2，图2是本发明实施例的光电耦合器20的横截面剖视图。结合图2可以得到，本发明实施例的一种光电耦合器20，其包括一个导光体组件、若干个连接器35及若干个接线组件，每个所述接线组件与一个所述连接器35对应，每个所述接线组件包括若干个接线柱。
其中，所述导光体组件包括三个导光体，三个所述导光体的一端连接在一起，另一端与其对应的一个所述连接器35连接，每个所述导光体通过所述连接器35与外界光信号连通，每个所述接线柱通过电线与外界电信号连通，相邻两个所述接线组件的所述接线柱通过电线一一对应连接。
在本实施例中，可选地，三个所述导光体为三股光纤缆，并且三股所述光纤缆处于同一平面，可选地，相邻两股所述光纤缆之间形成的角度为120°。
在本实施例中，可选地，光电耦合器20还包括外壳。可选地，所述外壳与所述连接器35为一体结构。所述接线柱可设置在所述连接器35之内也可设置在所述连接器35的外表，所述接线柱起到连接金属导线传输电能的作用。所述连接器35连接外部光纤缆与内部导光体，使传输的可见光互相耦合，每股所述光纤缆11的光纤的外径范围可选为0.8～1.2mm。
本发明实施例的光电耦合器20，通过将三股所述光纤缆处于同一平面，且相邻两股所述光纤缆之间形成的角度为120°，使得不管光信号从那一股所述光线缆输入，都会从另外两股所述光线缆分路输出，这就大大增强了光信号的输出效率，采用光电复合缆10将光电转换设备30连接起来组成CAN总线系统，多个所述光电转换设备30与多个不同功能的电子设备一一对应连接通信，可解决现有技术的汽车CAN总线系统的铜缆传输介质易受电磁干扰和成本高的问题。
实施例三
请参考图3，图3是本发明实施例的光电转换设备30的部分结构框架图。结合图3可以得到，本发明实施例的一种光电转换设备30，其包括第一光电转换单元32、第二光电转换单元33、协议转换电路34及连接器35，所述连接器35分别连接外部设备及所述协议转换电路34。
其中，所述第一光电转换单元32用于将其接收到的外部光信号转换为电信号，并将该电信号传输至所述协议转换电路34，所述协议转换电路34用于将所述电信号转换为所述外接设备可识别的电信号，并通过所述连接器35将该可识别的电信号传输至所述外接设备。
其中，所述外接设备通过所述连接器35将其发出的电信号传输至所述协议转换电路34，所述协议转换电路34用于将该电信号转换为所述第二光电转换单元33可识别的电信号，所述第二光电转换单元33将该可识别的电信号转换为光信号后发射至外部光纤。
在本实施例中，可选地，所述第一光电转换单元32包括依次连接的光敏组件321及电路放大组件322，所述电路放大组件322与所述协议转换电路34连接。
其中，所述光敏组件321用于接收外部光信号并将该光信号转换为电信号后传输至所述电路放大组件322，所述电路放大组件322用于将该电信号放大后传输至所述协议转换电路34，所述协议转换电路34用于将放大后的该电信号转换为外接设备可识别的识别电信号，并将所述可识别电信号传输至所述连接器35，所述连接器35用于将接收到的所述识别电信号传输至所述外接设备。
在本实施例中，可选地，所述第二光电转换单元33包括依次连接的发光组件331及电路驱动组件332，所述电路驱动组件332与所述协议转换电路34连接。
其中，所述连接器35用于接收所述外接设备传输过来的电信号，并将该电信号传输至所述协议转换电路34，所述协议转换电路34用于将该电信号转换为所述电路驱动组件332可识别的电信号，并将该可识别的电信号传输至所述电路驱动组件332，所述电路驱动组件332将该可识别的电信号传输至所述发光组件331，所述发光组件331将该可识别的电信号转换为光信号后发射至外部光纤。
在本实施例中，可选地，电路驱动组件332是一个高速大电流驱动管，也可以将其视为一个“与门”，驱动塑料光纤收发器模块中的发光器件，使之发送与输入信号相对应的可视光光信号，其具体实现为TI SN75451芯片，插座为CON-12P。
在本实施例中，可选地，电路放大组件322由一个双互补对加逆变器芯片国家半导体公司CD4007芯片和一个高灵敏度放大三级管PANJIT2N7002(一个增强模式场效应三极管，也是一个高速脉冲放大器)组成，用于将光敏器件的接收的光电信号转换后的电信号放大到电路可识别的电平。
在本实施例中，可选地，光敏组件321和发光组件331具体实现为AVAGO公司的650nm光纤收发器的HFBR-1521和HFBR-2521，其中HFBR-1521为发射端，HFBR-2521为接收端。接收端接收塑料光纤的光信号，将其转换为电信号，并输出到电路放大组件322。发送端接收电路驱动组件332发送的电信号，并将其转换为塑料光纤光信号，发送到塑料光纤。
在本实施例中，可选地，所述光电转换设备30还包括封壳31，所述第一光电转换单元32、所述第二光电转换单元33及所述协议转换电路34均设于所述封壳31之内，且所述连接器35与所述封壳31为一体结构。
本发明实施例的光电转换设备30通过设置一光电转换单元、第二光电转换单元33、协议转换电路34及连接器35，所述连接器35分别连接外部设备及所述协议转换电路34，其中协议转换电路34可将电信号转换为电子设备或电路驱动组件332可识别的信号，采用光电复合缆10将光电转换设备30连接起来组成CAN总线系统，多个所述光电转换设备30与多个不同功能的电子设备一一对应连接通信，可解决现有技术的汽车CAN总线系统的铜缆传输介质易受电磁干扰和成本高的问题。
实施例四
请参考图4、图5和图6，图4是本发明实施例的CAN总线系统和各个功能不同的电子设备连接后的第一种框架示意图，图5是本发明实施例的CAN总线系统和各个功能不同的电子设备连接后的第二种框架示意图，图6是本发明实施例的CAN总线系统和各个功能不同的电子设备连接后的第三种框架示意图。
结合图4可以得到，本发明实施例的一种CAN总线系统，其包括多个如实施例三所述的光电转换设备30，两个所述光电转换设备30之间通过如实施例一所述的光电复合缆10连接(包括直接连接和间接连接)，且任意两个所述光电转换设备30之间均可通过如实施例一所述的光电复合缆10进行光信号交流，多个所述光电转换设备30用于与多个不同功能的电子设备一一对应连接通信。其中，电子设备包括发动机ECU101、变速箱TCU102、电机控制器103、整车控制器104、ABS控制器105、仪表显示系统106、诊断接口107、远程终端108、辅助驾驶系统109、电池管理系统110和电机管理系统111等，上述电子设备均通过电线40与所述光电转换设备30一一对应连接。其中，每个所述光电转换设备30的所述光敏组件321和所述发光组件331分别连接不同的两股所述光电复合缆10，每股所述光电复合缆10的两端分别连接相邻两个所述光电转换设备30的光敏组件321和所述发光组件331。在图4中，所有的所述光电转换设备30通过所述光电复合缆10连接形成环形结构，每个所述光电转换设备30通过电线40连接一个电子设备。
结合图5和图6可以得到，在本实施例中，可选地，所述CAN总线系统还包括多个如实施例二所述的光电耦合器20，多个所述光电耦合器20之间，以及所述光电耦合器20与所述光电转换设备30之间均通过所述光电复合缆10连接。其中，每个所述光电转换设备30的所述光敏组件321和所述发光组件331分别连接不同的两股所述光电复合缆10。
其中，在图5中，任意两个所述光电转换设备30之间均不相连接，每个所述光电转换设备30均与一个所述光电耦合器20连接，且每个所述光电转换设备30的光敏组件321和发光组件331分别与一个所述光电耦合器20的两个导光体(即两股所述光纤缆11)连接。
其中，在图6中，则为混合型的连接方式，没有特定的规律。但是，每个所述光电转换设备30的光敏组件321和发光组件331同样均分别与一个所述光电耦合器20的两个导光体(即两股所述光纤缆11)连接。
根据(汽车内)不同的电子设备布局，可组合成不同的总线结构。如图4所示为环形总线结构，仪表显示系统106连接光电转换设备30，光电转换设备30连接光电耦合器20，通过光电耦合器20将发射或接收到的可见光信号耦合进光电复合缆10中，同时通过光电复合缆10中的铜线对各电子设备供电。光电复合缆10连接下一个光电耦合器20，通过双光电耦合器20串联的方式连接下一个光电转换设备30与光电复合缆10，光电转换设备30连接发动机ECU101，与之连接的光电复合缆10可连接下一个光电耦合器20，以此类推可将所有需要组网的系统电子设备通过光电复合缆10连接起来形成总线型结构的CAN总线系统。如图5所示，为环形总线结构，如图6所示，为混合型总线结构，为两个局部的环网通过光电耦合器20相连可组成混合型总线结构。
图4、图5和图6就是通过光电复合缆10、光电耦合器20和光电转换设备30的不同组合方式连接各个不同的电子设备来形成环形总线结构、总线型结构和混合型总线结构。当然，总线结构不限于上述的结构，可根据不同的实际要求，组成不同的总线结构。
本发明实施例通过将实施例一所述的光电复合缆10、实施例二所述的光电转换设备30和实施例三所述的光电耦合器20连接起来组成CAN总线系统，多个所述光电转换设备30与多个不同功能的电子设备一一对应连接通信，解决了现有的汽车CAN总线系统的铜缆传输介质易受电磁干扰和成本高的问题。
实施例五
请参考图7，图7是本发明实施例的一种电子设备的部分结构的框架图，本发明实施例的电子设备包括各种类型的机器电子设备或运输电子设备，可选为包括汽车但不限于汽车。结合图7可以得到，本发明实施例的一种电子设备200，其包括如实施例四所述的CAN总线系统100。由于该CAN总线系统100已经在实施例四中进行了详细的说明，在此不再重复进行说明。
本发明实施例通过采用光电复合缆10将光电转换设备30连接起来组成CAN总线系统100，多个所述光电转换设备30与多个不同功能的电子设备一一对应连接通信，解决了现有的汽车CAN总线系统的铜缆传输介质易受电磁干扰和成本高的问题。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种CAN总线系统，其特征在于，其包括多个光电转换设备，两个所述光电转换设备之间通过光电复合缆连接，且任意两个所述光电转换设备之间均可通过所述光电复合缆进行光信号交流，多个所述光电转换设备用于与多个不同功能的电子设备一一对应连接通信。
2.根据权利要求1所述的CAN总线系统，其特征在于，所述CAN总线系统还包括多个光电耦合器，多个所述光电耦合器之间，以及所述光电耦合器与所述光电转换设备之间均通过所述光电复合缆连接。
3.根据权利要求1所述的CAN总线系统，其特征在于，所述光电复合缆包括封裹于护套内的若干股光纤缆及若干股电线缆，若干股所述光纤缆之间相互绝缘，若干股所述电线缆之间相互绝缘，若干股所述光纤缆与所述电线缆相互绝缘；
其中，所述光纤缆用于传输光信号，所述电线缆用于传输电信号。
4.根据权利要求3所述的CAN总线系统，其特征在于，所述光纤缆包含的光纤为塑料光纤，所述电线缆包含的电线为铜线。
5.根据权利要求1所述的CAN总线系统，其特征在于，所述光电耦合器包括一个导光体组件、若干个连接器及若干个接线组件，每个所述接线组件与一个所述连接器对应，每个所述接线组件包括若干个接线柱；
其中，所述导光体组件包括若干个导光体，若干个所述导光体的一端连接在一起，另一端与其对应的一个所述连接器连接，每个所述导光体通过所述连接器与外界光信号连通，每个所述接线柱通过电线与外界电信号连通，相邻两个所述接线组件的所述接线柱一一对应连接。
6.根据权利要求5所述的CAN总线系统，其特征在于，所述导光体的个数为三个，三个所述导光体处于同一平面，且相邻两个所述导光体之间形成的角度为120°。
7.根据权利要求1所述的CAN总线系统，其特征在于，所述光电转换设备包括第一光电转换单元、第二光电转换单元、协议转换电路及连接器，所述连接器分别连接外部设备及所述协议转换电路；
其中，所述第一光电转换单元用于将其接收到的外部光信号转换为电信号，并将该电信号传输至所述协议转换电路，所述协议转换电路用于将所述电信号转换为所述外接设备可识别的电信号，并通过所述连接器将该可识别的电信号传输至所述外接设备；
其中，所述外接设备通过所述连接器将其发出的电信号传输至所述协议转换电路，所述协议转换电路用于将该电信号转换为所述第二光电转换单元可识别的电信号，所述第二光电转换单元将该可识别的电信号转换为光信号后发射至外部光纤。
8.根据权利要求7所述的CAN总线系统，其特征在于，所述第一光电转换单元包括依次连接的光敏组件及电路放大组件，所述电路放大组件与所述协议转换电路连接；其中，
所述光敏组件用于接收外部光信号并将该光信号转换为电信号后传输至所述电路放大组件，所述电路放大组件用于将该电信号放大后传输至所述协议转换电路，所述协议转换电路用于将放大后的该电信号转换为外接设备可识别的识别电信号，并将所述可识别电信号传输至所述连接器，所述连接器用于将接收到的所述识别电信号传输至所述外接设备。
9.根据权利要求7所述的CAN总线系统，其特征在于，所述第二光电转换单元包括依次连接的发光组件及电路驱动组件，所述电路驱动组件与所述协议转换电路连接；其中，
所述连接器用于接收所述外接设备传输过来的电信号，并将该电信号传输至所述协议转换电路，所述协议转换电路用于将该电信号转换为所述电路驱动组件可识别的电信号，并将该可识别的电信号传输至所述电路驱动组件，所述电路驱动组件将该可识别的电信号传输至所述发光组件，所述发光组件将该可识别的电信号转换为光信号后发射至外部光纤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的CAN总线系统。
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