CN110262342A - 基于可编程逻辑器件在线采集can信号的can服务器 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信设备技术领域，公开了基于可编程逻辑器件在线采集CAN信号的CAN服务器，包括单片机系统、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、ADC电路、可编程逻辑器件系统和人机交互模块，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

基于可编程逻辑器件在线采集CAN信号的CAN服务器

技术领域

本发明属于通信设备技术领域，尤其涉及基于可编程逻辑器件在线采集CAN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可编程逻辑器件在线采集CAN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：

基于可编程逻辑器件在线采集CAN信号的CAN服务器，包括单片机系统、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、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、ADC电路、可编程逻辑器件系统和人机交互模块，可编程逻辑器件系统与单片机系统连接，人机交互模块与可编程逻辑器件系统的显示屏接口及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，其输出端依次通过模拟前端电路、ADC电路与可编程逻辑器件系统连接，可编程逻辑器件系统的GPIO口分别与信号切换开关、模拟前端电路和ADC电路的控制信号输入引脚连接，可编程逻辑器件系统与单片机系统进行数据交互，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ADC电路进行模数转换后，输入给可编程逻辑器件系统，可编程逻辑器件系统将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可编程逻辑器件系统进行配置管理；单片机系统访问可编程逻辑器件系统，读取所述信号波形数据，可编程逻辑器件系统向单片机系统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是本发明基于可编程逻辑器件在线采集CAN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：

基于可编程逻辑器件在线采集CAN信号的CAN服务器，包括单片机系统、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、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、ADC电路、可编程逻辑器件系统和人机交互模块，可编程逻辑器件系统与单片机系统连接，人机交互模块与可编程逻辑器件系统的显示屏接口及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，其输出端依次通过模拟前端电路、ADC电路与可编程逻辑器件系统连接，可编程逻辑器件系统的GPIO口分别与信号切换开关、模拟前端电路和ADC电路的控制信号输入引脚连接，可编程逻辑器件系统与单片机系统进行数据交互，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ADC电路进行模数转换后，输入给可编程逻辑器件系统，可编程逻辑器件系统将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可编程逻辑器件系统进行配置管理；单片机系统访问可编程逻辑器件系统，读取所述信号波形数据，可编程逻辑器件系统向单片机系统输出所述信号波形数据。

本发明提出一种基于可编程逻辑器件的支持在线采集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总线接口相连，这样CAN服务器在正常工作的时候还能实时采集CAN总线接口处的信号波形，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、ADC电路、可编程逻辑器件系统以及人机交互模块等多个功能模块，这些功能模块可以根据实际需求选用。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总线接口相连，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总线接口需要支持电气隔离，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，并在用户或者可编程逻辑器件系统的控制下将采集到的信号进行调理后输入到ADC电路进行模数转换。

(3)、ADC电路：ADC电路在可编程逻辑器件系统的控制下将模拟前端电路输出的信号转换为数字信号。ADC电路由ADC转换芯片及其外围电路构成，根据需要可选高速或者低速的ADC芯片。

(4)、可编程逻辑器件系统：可编程逻辑器件系统控制着信号切换开关、模拟前端电路、ADC电路等各个功能模块的工作，同时处理ADC输出的数字信号，并输出采集到的信号波形数据。所述可编程逻辑器件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，所述可编程逻辑器件系统内部包含用于接收用户控制信号的GPIO接口；可选的，所述可编程逻辑器件系统还具有显示屏接口。

(5)、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的显示屏、按键、旋钮和LED指示灯等部件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模块。

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

1、CAN总线接口1

CAN总线接口1是CAN服务器对外的CAN总线接口。CAN总线接口1的接口形式通常是插拔式接线端子等，但也可以有其他形式；CAN总线接口1的信号是差分对形式的CAN总线信号。

2、CAN收发器电路2

CAN收发器电路2用于将单片机系统输出的TTL电平的单端CAN接口信号转换为差分对形式的CAN总线接口信号；如果CAN总线接口需要支持电气隔离，CAN收发器电路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3相连，另一端与CAN总线接口1相连。

3、单片机系统3

单片机系统3的主要功能是将从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3与以太网接口系统4、CAN收发器电路2以及单片机系统1相连。

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3与以太网的互联。一般单片机系统会集成一个以太网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接口器件(如网络变压器、RJ45接口或者光模块等)来完成单片机系统与以太网的互联。有的单片机系统内部不仅有以太网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

因为CAN服务器对外的CAN总线接口信号比较多，如果每个信号都同时采集成本将会非常高，而且用户也不会同时采集查看所有信号，所以需要使用信号切换开关选择需要采集的信号。但是有些场景下可以不使用信号切换开关，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1相连；信号切换开关5的的控制信号输入引脚与可编程逻辑器件系统8相连并受可编程逻辑器件系统8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ADC电路7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，将被采集信号调整到合适的幅度后输出到ADC电路7进行模数转换，以提高信号采集的精度；第三个作用是将被采集的信号放大或者缩小幅度输入ADC电路7以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ADC电路7输入引脚相连；模拟前端电路6的控制信号输入引脚与可编程逻辑器件系统8相连并受可编程逻辑器件系统8的控制。

7、ADC电路7

ADC电路7用于将模拟前端电路6输出的信号转换为数字信号输出到可编程逻辑器件系统8，ADC电路7的工作状态和模数转换速率受可编程逻辑器件系统8的控制；

8、可编程逻辑器件系统8

可编程逻辑器件系统8是采集和处理CAN总线信号的核心器件，用于控制信号采集和显示的各部分电路的工作，并处理采集到的信号波形数据；可编程逻辑器件系统8内部包含大容量存储芯片，用于存储采集和处理后的CAN总线信号波形数据；可选的，可编程逻辑器件系统8内部包含用于接收用户控制信号的GPIO接口；可选的，可编程逻辑器件系统8还具有显示屏接口，可以把信号波形数据在显示屏上直接显示出来；

可编程逻辑器件系统8与单片机系统3相连，用户可以通过以太网接口访问可编程逻辑器件系统8转换出来的信号波形。

9、人机交互模块9

人机交互模块9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9的各个部件都是可选的，可以根据用户的需求进行配置。

人机交互模块9通过显示屏接口、GPIO口等方式与可编程逻辑器件系统8相连。

10、电源系统10

电源系统10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，本专利所提出的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。但本专利所提出的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.基于可编程逻辑器件在线采集CAN信号的CAN服务器，包括单片机系统、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、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、ADC电路、可编程逻辑器件系统和人机交互模块，可编程逻辑器件系统与单片机系统连接，人机交互模块与可编程逻辑器件系统的显示屏接口及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，其输出端依次通过模拟前端电路、ADC电路与可编程逻辑器件系统连接，可编程逻辑器件系统的GPIO口分别与信号切换开关、模拟前端电路和ADC电路的控制信号输入引脚连接，可编程逻辑器件系统与单片机系统进行数据交互，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ADC电路进行模数转换后，输入给可编程逻辑器件系统，可编程逻辑器件系统将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可编程逻辑器件系统进行配置管理；单片机系统访问可编程逻辑器件系统，读取所述信号波形数据，可编程逻辑器件系统向单片机系统输出所述信号波形数据。

2.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑器件在线采集CAN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。