CN115695069A - 一种逻辑环形can总线组网与智能重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双终端逻辑环形CAN总线网络，包括数据采集端和分别设置在数据采集端两侧的CAN1端口和CAN2端口，数据采集端的CAN总线由CAN1端口发出，经双通信线路连接所有CAN节点后，由CAN2端口返回；各CAN节点设置有转换电路、终端电阻和连接开关组件；数据采集端用于判断是否有CAN节点出现通信故障，并在判断出故障节点时，分别通过CAN1端口和CAN2端口向故障节点两侧通信正常的相邻CAN节点发送重构指令，以控制相邻节点的转换电路启用终端电阻，及连接开关组件断开相邻接点与故障节点连接。采用本发明的技术方案，能够保证在单个CAN节点出现故障断开时，不影响其他节点的正常通信，保证CAN总线网络的通信稳定性及可靠性。

Description

一种逻辑环形CAN总线组网与智能重构方法

技术领域

本发明属于CAN总线通信技术领域，具体涉及一种双终端逻辑环形CAN总线网络。

背景技术

CAN总线网络一般采用总线型拓扑结构。CAN总线网络的两端需要各加一只和线路的特性阻抗一致的电阻作为终端电阻，以保证线路的匹配，由于物理环形CAN总线因无法安装终端电阻，当信号沿传输线从驱动源传到接收端遇到阻抗变化时，引起信号反射和波形畸变，可能形成驻波，致使线路通信不稳定，因此CAN总线不建议直接采用纯物理环形结构。对于可靠性要求高的CAN总线网络，一般采用双冗余总线型拓扑，即采用完全并行的两套CAN总线网络，但双冗余总线型也带来了硬件成本的增加和组网的复杂。

现有技术中基于CAN总线的通信方法，对于CAN总线的双终端逻辑环形网络组网及故障模式下的智能重构涉及较少，在多节点多信号通信系统中单个节点出现故障时，会影响其他节点的正常通信。例如，在火灾安全监测系统中安全监控箱与多传感器之间通过CAN总线通信，如果某个传感器节点出现故障断开时，可能影响其他节点的正常通信，因通信系统故障造成安全监测的可靠性降低。

发明内容

本发明提供一种双终端逻辑环形CAN总线网络，以解决现有技术中单个CAN节点出现故障时影响其他节点正常通信的问题。

为达上述目的，本发明实施例提供了一种双终端逻辑环形CAN总线网络，包括数据采集端和分别设置在数据采集端两侧的CAN1端口和CAN2端口，数据采集端的CAN总线由CAN1端口发出，经双通信线路连接所有CAN节点后，由CAN2端口返回；各CAN节点设置有转换电路、终端电阻和连接开关组件；转换电路的通断用于控制当前CAN节点的终端电阻的启用或断开，连接开关组件的开合用于控制当前CAN节点与相邻节点连接的通断；数据采集端用于判断是否有CAN节点出现通信故障，并在判断出故障节点时，分别通过CAN1端口和CAN2端口向故障节点两侧通信正常的相邻CAN节点发送重构指令，以控制相邻节点的转换电路启用终端电阻，及连接开关组件断开相邻接点与故障节点连接。

可选地，CAN1端口和CAN2端口处均设置有终端电阻。

可选地，数据采集端用于判断是否有CAN节点出现通信故障包括：数据采集端用于分别通过CAN1端口和CAN2端口接收各CAN节点的上报数据，并根据是否从各CAN节点接收到上报数据以及接收到的上报数据，判断是否有CAN节点出现通信故障。

可选地，如果在通过CAN1端口和CAN2端口接收的同一CAN节点的上报数据相同，则确定当前CAN节点通信正常；否则，确定当前CAN节点通信故障。

可选地，如果在预设通信时长内接收到所有CAN节点的上报数据，且在通过CAN1端口和CAN2端口接收的同一CAN节点的上报数据相同，则确定当前CAN节点通信正常；否则，确定当前CAN节点通信故障。

可选地，数据采集端用于在判断出故障节点时，在发送重构指令之前，通过CAN1端口向故障节点发送查询指令；如果未接收到故障节点的回复状态指令，则确定故障节点与CAN1端口连接中断，发送重构指令；如果接收到故障节点的回复状态指令，则通过CAN2端口向故障节点发送查询指令；如果未接收到故障节点的回复状态指令，则确定故障节点与CAN2端口连接中断，发送重构指令；如果接收到故障节点的回复状态指令，则将故障节点标识为通信正常。

可选地，数据采集端用于在发送重构指令时，通过CAN1端口依次向故障节点左侧由近至远的CAN节点发送查询指令直至收到回复状态指令，确定对应的CAN节点为左侧通信正常的相邻节点，向该相邻节点发送转换电路控制指令；通过CAN2端口依次向故障节点右侧由近至远的CAN节点发送查询指令直至收到回复状态指令，确定对应的CAN节点为右侧通信正常的相邻节点，向该相邻节点发送重构指令。

可选地，数据采集端包括ARM处理器。

可选地，各CAN节点还设置有单片机，单片机用于接收并响应于数据采集端发送的重构指令，控制当前CAN节点的转换电路导通启动终端电阻，并控制连接开关组件断开当前CAN节点与故障节点的连接。

可选地，转换电路中设置有转换开关，单片机通过控制转换开关的开合来控制转换电路的通断。

本发明实施例的一种双终端逻辑环形CAN总线网络，通过在数据采集端两侧设置两个CAN端口，CAN总线由一个CAN端口发出并采用双通信线路连接所有CAN节点后由另一个CAN端口返回，从而组成了双终端逻辑环形CAN总线网络结构；数据采集端在判断出有CAN节点出现通信故障时，分别通过两个CAN端口向故障节点发送重构指令，为故障节点两侧通信正常的相邻节点自动增加终端电阻，并断开与故障节点的连接，可以将一组双终端逻辑环形网络重构转换为两组双终端总线型网络，从而能够保证在单个CAN节点出现故障断开时，不影响其他节点的正常通信，保证CAN总线网络的通信稳定性及可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种双终端逻辑环形CAN总线网络的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种双终端逻辑环形CAN总线网络的正常通信软件的流程示意图；

图3为本发明实施例的一种双终端逻辑环形CAN总线网络的故障处理软件的流程示意图；

图4为本发明实施例的一种双终端逻辑环形CAN总线网络的智能重构软件的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的基体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明实施例的一种双终端逻辑环形CAN总线网络，包括数据采集端和分别设置在数据采集端两侧的CAN1端口和CAN2端口，数据采集端的CAN总线由CAN1端口发出，经双通信线路连接所有CAN节点后，由CAN2端口返回；各CAN节点设置有转换电路、终端电阻和连接开关组件；转换电路的通断用于控制当前CAN节点的终端电阻的启用或断开，连接开关组件的开合用于控制当前CAN节点与相邻节点连接的通断；数据采集端用于判断是否有CAN节点出现通信故障，并在判断出故障节点时，分别通过CAN1端口和CAN2端口向故障节点两侧通信正常的相邻CAN节点发送重构指令，以控制相邻节点的转换电路启用终端电阻，及连接开关组件断开相邻接点与故障节点连接。

在本发明实施例的双终端逻辑环形CAN总线网络中，数据采集端、CAN1端口、各CAN节点和CAN2端口形成环形CAN总线网络，数据采集端既为环形网络的起点又为终点，在数据采集端中设置数据收发和处理软件，即可实现双终端逻辑环形CAN总线网络结构。其中，双通信线路可包括高位线CANH和低位线CANL，由采用双绞线实现；CAN1端口和CAN2端口处均设置有终端电阻，使得CAN总线网络的两端均具有终端电阻，终端电阻和线缆的特性阻抗一致，用于保证组网线路的匹配。数据采集端可包括ARM处理器，利用其集成的数据收发、数据处理等功能来实现本发明实施例中的数据采集终端的功能。

各CAN节点处也设置的终端电阻，终端电阻处于为启用状态，转换电路用于自动为CAN节点增加终端电阻。数据采集端可在有CAN节点出现通信故障时，向故障节点两侧通信正常的相邻接点发送控制指令，使得两相邻接点可以断开与故障节点连接并启用终端电阻，可以将CAN总线网络由一组双终端逻辑环形网络转换为两组双终端总线型网络，进行CAN总线智能重构，即使在单个CAN节点出现故障断开时，也不影响其他节点的正常通信。

针对设置有多传感器和安全监测箱的火灾安全检测系统，各传感器均与安全监测箱通讯连接，各传感器相当于CAN节点，数据采集端可以为内置在安全监测箱中的处理器或控制器，采用本发明实施例的双终端逻辑环形CAN总线网络来完成各传感器与安全监测箱的通信，可以保证安全监测通信系统的稳定性，即使有传感器出现故障断开，也可以通过组网重构使得其他传感器与安全监测箱正常通信，从而能够保证安全监测的可靠性。

可选地，数据采集端用于分别通过CAN1端口和CAN2端口接收各CAN节点的上报数据，并根据是否从各CAN节点接收到上报数据以及接收到的上报数据，判断是否有CAN节点出现通信故障。

一种可选的实施方式中，数据采集端中设置有正常通信软件、故障处理软件和智能重构软件，并设置正常模式、故障模式和重构模式，在正常模式下，网络采用多主式通信方式，各CAN节点主动上报数据，正常通信软件通过CAN1端口和CAN2端口依次接收数据。在数据采集端判断出有CAN节点出现通信故障时，进入故障模式。具体地，如图2所示，如果在通过CAN1端口和CAN2端口接收的同一CAN节点的上报数据相同，则确定当前CAN节点通信正常；否则，确定当前CAN节点通信故障；进一步地，如果在预设通信时长（例如3个通信周期）内接收到所有CAN节点的上报数据，且在通过CAN1端口和CAN2端口接收的同一CAN节点的上报数据相同，则确定当前CAN节点通信正常；否则，确定当前CAN节点通信故障。采用该判定方式，可以精确地判断出是否有CAN节点出现通信故障。

在故障模式下，网络采用主从式通信方式，如图3所示，故障处理软件先通过CAN1端口向故障节点发送查询指令，查询指令用于查询CAN节点的状态信息，如果CAN节点处于通信正常状态下，则会返回状态信息。如果未接收到故障节点对CAN1端口的回复状态指令，则确定故障节点与CAN1端口连接中断或者确定该节点出现通信故障，进入重构模式，并发送重构指令；如果接收到故障节点对CAN1端口的回复状态指令，则确定该节点可与CAN1端口正常通信，并通过CAN2端口向故障节点发送查询指令。相应地，如果未接收到故障节点对CAN2端口的回复状态指令，则确定故障节点与CAN2端口连接中断，进入重构模式，发送重构指令；如果接收到故障节点对CAN2端口的回复状态指令，则当前节点可通过CAN1端口和CAN2端口与数据采集端正常通信，可以将故障节点修改标识为通信正常的节点。

可选地，在重构模式下，智能重构软件通过CAN1端口依次向故障节点左侧由近至远的CAN节点发送查询指令直至收到回复，确定对应的CAN节点为左侧通信正常的相邻节点，向该相邻节点发送转换电路控制指令；通过CAN2端口依次向故障节点右侧由近至远的CAN节点发送查询指令直至收到回复状态指令，确定对应的CAN节点为右侧通信正常的相邻节点，向该相邻节点发送重构指令。这里，左侧为故障节点对应CAN1端口的一侧，右侧为故障节点对应CAN2端口的一侧。

如图4所示，智能重构软件先通过CAN1端口向故障节点向故障节点左侧第一个邻近的CAN节点发送查询指令，如果未收到回复状态指令，则确定当前第一个相邻节点也是故障节点，向左侧第n个CAN节点发送查询指令（n的初始值为2），如果仍未收到回复状态指令，则确定当前第n个相邻节点也是故障节点，向左侧第n+1个CAN节点发送查询指令，直至收到回复状态指令。收到回复状态指令表明对应的CAN节点通信正常，是故障节点左侧的通信正常邻近节点，向其发送重构指令，使该CAN节点自动增加终端电阻并断开与故障节点一侧的连接，从而完成一组双端总线型网络重构。同理，智能重构软件通过CAN2端口向故障节点右侧通信正常的相邻接点发送重构指令，完成第二组双端总线型网络重构。

可选地，各CAN节点还设置有单片机，单片机用于接收数据采集端发送的重构指令，并响应于接收到的重构指令控制当前CAN节点的转换电路导通，以启动终端电阻为当前CAN节点增加终端电阻；并控制连接开关组件断开当前CAN节点与故障节点的连接。以及，转换电路中可设置有转换开关，单片机通过控制转换开关的开合来控制转换电路的通断，在接收到重构指令时，可控制转换开关闭合来导通转换电路，为当前CAN节点增加终端电阻；连接开关组件可包括设置在当前CAN节点两侧的开关件，单片机可通过向位于故障节点一侧的开关件发送控制指令控制器断开，来实现当前CAN节点与故障节点连接的断开。

在实际的应用场景中，本发明实施例的双终端逻辑环形CAN总线网络还可以包括其他设备或部件，以实现双终端逻辑环形CAN总线网络的实际安装、应用及其他功能。例如，双终端逻辑环形CAN总线网络还包括电源组件，电源组件与双终端逻辑环形CAN总线网络中的其他部件电连接用于供电。

本发明实施例的一种双终端逻辑环形CAN总线网络，通过在数据采集端两侧设置两个CAN端口，CAN总线由一个CAN端口发出并采用双通信线路连接所有CAN节点后由另一个CAN端口返回，从而组成了双终端逻辑环形CAN总线网络结构；数据采集端在判断出有CAN节点出现通信故障时，分别通过两个CAN端口向故障节点发送重构指令，为故障节点两侧通信正常的相邻节点自动增加终端电阻，并断开与故障节点的连接，可以将一组双终端逻辑环形网络重构转换为两组双终端总线型网络，从而能够保证在单个CAN节点出现故障断开时，不影响其他节点的正常通信，保证CAN总线网络的通信稳定性及可靠性。

需要指出，根据实施的需要，可将本发明实施例中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件或者部件的部分组合成新的部件，以实现本发明实施例的目的。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种双终端逻辑环形CAN总线网络，其特征在于，包括数据采集端和分别设置在数据采集端两侧的CAN1端口和CAN2端口，数据采集端的CAN总线由CAN1端口发出，经双通信线路连接所有CAN节点后，由CAN2端口返回；

各所述CAN节点设置有转换电路、终端电阻和连接开关组件；转换电路的通断用于控制当前CAN节点的终端电阻的启用或断开，连接开关组件的开合用于控制当前CAN节点与相邻节点连接的通断；

所述数据采集端用于判断是否有CAN节点出现通信故障，并在判断出故障节点时，分别通过CAN1端口和CAN2端口向故障节点两侧通信正常的相邻CAN节点发送重构指令，以控制相邻节点的转换电路启用终端电阻，及连接开关组件断开相邻接点与故障节点连接。

2.根据权利要求1所述的一种双终端逻辑环形CAN总线网络，其特征在于，所述CAN1端口和CAN2端口处均设置有终端电阻。

3.根据权利要求1所述的一种双终端逻辑环形CAN总线网络，其特征在于，所述数据采集端用于判断是否有CAN节点出现通信故障包括：

所述数据采集端用于分别通过CAN1端口和CAN2端口接收各CAN节点的上报数据，并根据是否从各CAN节点接收到上报数据以及接收到的上报数据，判断是否有CAN节点出现通信故障。

4.根据权利要求3所述的一种双终端逻辑环形CAN总线网络，其特征在于，如果在通过CAN1端口和CAN2端口接收的同一CAN节点的上报数据相同，则确定当前CAN节点通信正常；否则，确定当前CAN节点通信故障。

5.根据权利要求4所述的一种双终端逻辑环形CAN总线网络，其特征在于，如果在预设通信时长内接收到所有CAN节点的上报数据，且在通过CAN1端口和CAN2端口接收的同一CAN节点的上报数据相同，则确定当前CAN节点通信正常；否则，确定当前CAN节点通信故障。

6.根据权利要求1所述的一种双终端逻辑环形CAN总线网络，其特征在于，所述数据采集端用于在判断出故障节点时，在发送重构指令之前，通过CAN1端口向故障节点发送查询指令；

如果未接收到故障节点的回复状态指令，则确定故障节点与CAN1端口连接中断，发送重构指令；如果接收到故障节点的回复状态指令，则通过CAN2端口向故障节点发送查询指令；

如果未接收到故障节点的回复状态指令，则确定故障节点与CAN2端口连接中断，发送重构指令；如果接收到故障节点的回复状态指令，则将故障节点标识为通信正常。

7.根据权利要求1所述的一种双终端逻辑环形CAN总线网络，其特征在于，所述数据采集端用于在发送重构指令时，通过CAN1端口依次向故障节点左侧由近至远的CAN节点发送查询指令直至收到回复状态指令，确定对应的CAN节点为左侧通信正常的相邻节点，向该相邻节点发送转换电路控制指令；

通过CAN2端口依次向故障节点右侧由近至远的CAN节点发送查询指令直至收到回复状态指令，确定对应的CAN节点为右侧通信正常的相邻节点，向该相邻节点发送重构指令。

8.根据权利要求1所述的一种双终端逻辑环形CAN总线网络，其特征在于，所述数据采集端包括ARM处理器。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的一种双终端逻辑环形CAN总线网络，其特征在于，各所述CAN节点还设置有单片机，所述单片机用于接收并响应于数据采集端发送的重构指令，控制当前CAN节点的转换电路导通启动终端电阻，并控制连接开关组件断开当前CAN节点与故障节点的连接。

10.根据权利要求9所述的一种双终端逻辑环形CAN总线网络，其特征在于，所述转换电路中设置有转换开关，所述单片机通过控制转换开关的开合来控制转换电路的通断。

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