CN110262341A - 基于单片机的在线采集can接口信号的can服务器 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信设备技术领域，公开了基于单片机的在线采集CAN接口信号的CAN服务器，包括单片机系统A、CAN收发器电路、CAN总线接口、以太网接口系统及电源系统，还包括：信号切换开关、模拟前端电路、带ADC电路的单片机系统B和人机交互模块，本发明实现了能够对CAN总线接口信号波形进行在线采集，获取实时工作状态，方便用户对通信系统进行配置。

Description

基于单片机的在线采集CAN接口信号的CAN服务器

技术领域

本发明属于通信设备技术领域，尤其涉及基于单片机的在线采集CAN接口信号的CAN服务器。

背景技术

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)，现在CAN服务器已广泛应用于工业控制、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品等诸多领域。但是由于CAN总线接口通信时容易受到静电、雷击、共模干扰等原因引起通信故障甚至损坏设备。普通的CAN服务器没有CAN总线信号采集和显示功能，设备是否工作正常很难判断。而且各个设备间距离较远、连线比较复杂，如果设备出了故障，故障设备排查和检修工作也很难完成。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于单片机的在线采集CAN接口信号的CAN服务器，能够对CAN总线接口信号波形进行在线采集，获取实时工作状态，方便用户对通信系统进行配置。

本发明实施例是这样实现的：

基于单片机的在线采集CAN接口信号的CAN服务器，包括单片机系统A、CAN收发器电路、CAN总线接口、以太网接口系统及电源系统，电源系统用于整个CAN服务器的供电，以太网接口系统依次通过单片机系统A、CAN收发器电路与CAN总线接口连接，还包括：信号切换开关、模拟前端电路、带ADC电路的单片机系统B和人机交互模块，带ADC电路的单片机系统B与单片机系统A连接，人机交互模块与带ADC电路的单片机系统B的显示屏接口及GPIO口连接，信号切换开关的输入端与CAN收发器电路和CAN总线接口之间的连接点连接，其输出端通过模拟前端电路与带ADC电路的单片机系统B连接，带ADC电路的单片机系统B的GPIO口分别与信号切换开关和模拟前端电路的控制信号输入引脚连接，带ADC电路的单片机系统B与单片机系统A进行数据交互，信号切换开关将采集到的CAN总线接口信号波形输给模拟前端电路进行提高输入阻抗处理及幅度调理，经带ADC电路的单片机系统B进行模数转换并对采集的信号进行处理，存储信号波形数据并输出信号波形数据给人机交互模块用于显示，人机交互模块还用于接收用户输入的控制指令对带ADC电路的单片机系统B进行配置管理；单片机系统A访问单片机系统B，读取所述信号波形数据，单片机系统B向单片机系统A输出所述信号波形数据。

其中，信号切换开关是继电器或模拟开关。

本发明实施例通过CAN服务器可实时采集和显示CAN总线接口的信号波形，能直观显示本CAN服务器CAN总线接口和所连接的通信设备的工作状态，快速判断通信是否有故障或者发生故障的是哪台设备，并且，本发明所提出的CAN服务器可以将采集到的CAN总线接口的信号波形数据存储到大容量的存储设备中供用户后期查看。

附图说明

图1是本发明基于单片机的在线采集CAN接口信号的CAN服务器系统框图。

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。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

基于单片机的在线采集CAN接口信号的CAN服务器，包括单片机系统A、CAN收发器电路、CAN总线接口、以太网接口系统及电源系统，电源系统用于整个CAN服务器的供电，以太网接口系统依次通过单片机系统A、CAN收发器电路与CAN总线接口连接，还包括：信号切换开关、模拟前端电路、带ADC电路的单片机系统B和人机交互模块，带ADC电路的单片机系统B与单片机系统A连接，人机交互模块与带ADC电路的单片机系统B的显示屏接口及GPIO口连接，信号切换开关的输入端与CAN收发器电路和CAN总线接口之间的连接点连接，其输出端通过模拟前端电路与带ADC电路的单片机系统B连接，带ADC电路的单片机系统B的GPIO口分别与信号切换开关和模拟前端电路的控制信号输入引脚连接，带ADC电路的单片机系统B与单片机系统A进行数据交互，信号切换开关将采集到的CAN总线接口信号波形输给模拟前端电路进行提高输入阻抗处理及幅度调理，经带ADC电路的单片机系统B进行模数转换并对采集的信号进行处理，存储信号波形数据并输出信号波形数据给人机交互模块用于显示，人机交互模块还用于接收用户输入的控制指令对带ADC电路的单片机系统B进行配置管理；单片机系统A访问单片机系统B，读取所述信号波形数据，单片机系统B向单片机系统A输出所述信号波形数据。

本发明提出一种基于单片机的支持在线采集CAN总线信号波形的CAN服务器，其实现方案为在普通CAN服务器的基础上增加信号采集和显示的电路。所增加的电路与CAN总线相连，这样CAN服务器在正常工作的时候还能实时采集CAN总线处的信号波形，并可根据需要通过显示屏或者网络管理页面显示出来，还可以将采集到的信号波形数据存储到存储设备中供用户后期进行查看。

所增加的采集和显示的电路主要有信号切换开关、模拟前端电路、带有ADC单元的单片机系统、以及人机交互模块等多个功能模块。其中各个功能模块的功能如下：

(1)、信号切换开关：信号切换开关与CAN总线相连，用于选择需要采集的信号，所述信号切换开关可以是继电器、模拟开关等。如果CAN服务器的CAN总线需要支持电气隔离，则所述信号切换开关电路还包含线性信号隔离器件，比如线性光耦器件等。

(2)、模拟前端电路：所述模拟前端电路与信号切换开关相连，用于提高信号采集电路的输入阻抗，减小信号采集电路对被采集信号的影响，并在用户或者单片机系统的控制下将采集到的信号进行调理后输入到带有ADC单元的单片机系统的ADC单元进行模数转换。

(3)、带有ADC单元的单片机系统：带有ADC单元的单片机系统控制着信号切换开关、模拟前端电路等各个功能模块的工作，同时还接收模拟前端电路输出的信号，并将其转换为数字信号，再转换为信号波形数据，通过显示屏或者网络管理页面显示出来。可选的，所述带有ADC单元的单片机系统内部包含大容量存储芯片，可将采集到的信号波形数据存储到存储设备中供用户后期进行查看；可选的，所述带有ADC单元的单片机系统具有接收用户控制信号的GPIO接口；可选的，所述带有ADC单元的单片机系统还具有显示屏接口。

(4)、人机交互模块：人机交互模块主要包含显示屏、按键、旋钮和LED指示灯等等。显示屏用于显示系统菜单及采集到的信号波形；LED指示灯可用于指示CAN服务器当前的工作状态；按键和旋钮则用于接收用户输入的控制指令。人机交互模块所包含各个部件都是可选的，可以根据用户的需求进行配置。

除此之外，本发明提出的CAN服务器还包括普通CAN所具有的功能模块，即以太网接口系统、具有CAN控制器的单片机系统、CAN收发器、CAN总线接口以及电源系统等等。

如图1所示，本发明提出的支持在线采集CAN总线信号的CAN服务器的具体实现方案，其主要由以下几部分组成：

1、单片机系统A

单片机系统A带有至少1路CAN控制器，其主要的功能是将从CAN收发器电路接收到的数据打包封装成以太网数据帧发送给以太网接口系统，并将以太网系统发送过来的包含CAN数据的以太网数据帧转成TTL电平的单端CAN数据信号发送给CAN收发器电路。

单片机系统A与以太网接口系统4、CAN收发器电路2以及单片机系统B相连。

2、CAN收发器电路2

CAN收发器电路2用于将单片机系统A输出TTL电平的单端CAN信号转换为差分形式的CAN总线信号再输出给CAN总线接口3，并将从CAN总线接口3接收到的差分形式的CAN总线信号转为TTL电平的单端CAN信号输出给单片机系统A。如果CAN总线接口需要支持电气隔离，电平转换电路2还包括光耦器件或者磁耦器件之类的信号隔离器件。

CAN收发器电路2一端与单片机系统A内部的CAN控制器相连，另一端与CAN总线接口3相连。

3、CAN总线接口3

CAN总线接口3是CAN服务器对外的CAN总线接口。CAN总线接口3与CAN收发器电路2相连，其接口形式通常是插拔式接线端子，其信号是差分形式的CAN总线信号。

4、以太网接口系统4

以太网接口系统4的功能是实现单片机系统A与以太网的互联。一般单片机系统A会集成一个以太网MAC单元，此时就需要一颗以太网交换芯片或者以太网PHY及其外围电路以及相应的以太网接口电路(如网络变压器、RJ45接口或者光模块等)来完成单片机系统A与以太网的互联。有的单片机内部不仅有以太网MAC单元，还集成了以太网PHY单元，此时以太网接口系统4仅需以太网接口电路(如网络变压器、RJ45接口或者光模块等)即可。

5、信号切换开关5

信号切换开关5与CAN总线接口3相连，用于选择需要采集的信号输入到模拟前端电路6。但是有些场景下可以不使用信号切换开关5，比如CAN服务器只有一个CAN总线接口时，因为需采集的信号最多只有两个，可以直接将需采集的信号接到两通道的模拟前端电路而不需要使用信号切换开关。信号切换开关5可以是继电器、模拟开关等。如果CAN服务器的CAN接口需要支持电气隔离，则所述信号切换开关5电路还包含线性信号隔离器件，比如线性光耦器件等。

信号切换开关5的信号输出端与模拟前端电路6的输入端相连；信号切换开关5的信号输入端与CAN总线接口3相连；信号切换开关5的控制信号输入引脚与单片机系统B的GPIO引脚相连并受单片机系统B的控制。

6、模拟前端电路6

模拟前端电路6的第一个作用是提高信号输入阻抗，以减小模拟前端电路6的接入对被采集信号的影响；第二个作用是对被采集信号进行调理，将被采集信号的变化调整到合适的幅度后输出到单片机系统B的ADC单元进行模数转换，以提高信号采集的精度；第三个作用是通过调整输出信号的幅度提高输入信号可采集的范围。

模拟前端电路6的信号输入端与信号切换开关5相连；模拟前端电路6的信号输出端与单片机系统B的ADC输入引脚相连；模拟前端电路6的控制信号输入引脚与单片机系统B的GPIO引脚相连并受单片机系统B的控制。

7、单片机系统B

单片机系统B内部包含有ADC单元。单片机系统B内部的ADC单元的输入引脚与模拟前端电路6的输出端相连；单片机系统B还通过GPIO引脚与信号切换开关5、模拟前端电路6相连，控制着信号切换开关5、模拟前端电路6的工作，接收模拟前端电路6输出的信号，并将其转换为数字信号，再转换为信号波形数据，并通过显示屏或者网络管理页面显示出来。单片机系统B在转换数据的同时还需接收用户的控制指令，切换需要采集的信号，控制模拟前端电路6的功率放大增益。可选的，单片机系统B包含有大容量的存储设备，可以将采集到的信号波形数据存储起来供用户查看；可选的，单片机系统B还带有显示屏接口，可以把信号波形数据在显示屏上直接显示出来；除了显示屏和存储设备，单片机系统B还有一些GPIO引脚接到按键、旋钮，用户可以通过这些按键、旋钮输入控制指令。

单片机系统B与单片机系统A相连，用户可以通过以太网接口访问单片机系统B，查看单片机系统B采集到的信号波形。

系统中同时使用了单片机系统A和单片机系统B两个单片机系统来完成不同的功能，这是因为多数单片机引脚数量较少，多个功能需要使用同一个引脚。这样就会导致只使用一颗单片机不能实现全部功能。但在当用户所需功能比较简单或者用户所需CAN总线数较少，使用一颗单片机就能实现客户所需的功能。比如用户不需要显示屏而且只需要1路CAN总线时选用1颗STM32F107系列单片机就可以了。

8、人机交互模块8

人机交互模块8主要包含显示屏、按键、旋钮和LED指示灯等等。显示屏用于显示系统菜单及采集到的信号波形；LED指示灯可用于指示CAN服务器当前的工作状态；按键和旋钮则用于接收用户输入的控制指令。人机交互模块8所包含的显示屏、按键、旋钮和LED指示灯等部件都是可选的，可以根据用户的需求进行配置。

人机交互模块8通过显示屏接口、GPIO口等形式与单片机系统B相连。

9、电源系统9

电源系统9用于将外界输入的电源转换成多路不同的低压电源后为本CAN服务器内部各个电路模块供电。

综上所述，本发明所提出的CAN服务器可以完成以太网数据与CAN总线数据的相互转换，同时还能采集和显示CAN总线接口处的信号波形。但本发明所提出的CAN服务器的实现方案不仅限于此，还可以有其他方案和具体连接方式。

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 (2)

1.基于单片机的在线采集CAN接口信号的CAN服务器，包括单片机系统A、CAN收发器电路、CAN总线接口、以太网接口系统及电源系统，电源系统用于整个CAN服务器的供电，以太网接口系统依次通过单片机系统A、CAN收发器电路与CAN总线接口连接，其特征在于，还包括：信号切换开关、模拟前端电路、带ADC电路的单片机系统B和人机交互模块，带ADC电路的单片机系统B与单片机系统A连接，人机交互模块与带ADC电路的单片机系统B的显示屏接口及GPIO口连接，信号切换开关的输入端与CAN收发器电路和CAN总线接口之间的连接点连接，其输出端通过模拟前端电路与带ADC电路的单片机系统B连接，带ADC电路的单片机系统B的GPIO口分别与信号切换开关和模拟前端电路的控制信号输入引脚连接，带ADC电路的单片机系统B与单片机系统A进行数据交互，信号切换开关将采集到的CAN总线接口信号波形输给模拟前端电路进行提高输入阻抗处理及幅度调理，经带ADC电路的单片机系统B进行模数转换并对采集的信号进行处理，存储信号波形数据并输出信号波形数据给人机交互模块用于显示，人机交互模块还用于接收用户输入的控制指令对带ADC电路的单片机系统B进行配置管理；单片机系统A访问单片机系统B，读取所述信号波形数据，单片机系统B向单片机系统A输出所述信号波形数据。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的在线采集CAN接口信号的CAN服务器，其特征在于：信号切换开关是继电器或模拟开关。