CN204013549U - 一种基于光纤通信的can总线网络 - Google Patents

一种基于光纤通信的can总线网络 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于光纤通信的CAN总线网络，包括一个主控制端、多个节点控制端、多个节点收发端和CAN总线，主控制端通过电缆与CAN总线相连，节点控制端通过光纤与节点收发端相连，节点收发端的另一端与CAN总线相连。多个节点控制端采用相同的通信原理，节点控制端中微控制器的数据通过光纤传给节点收发端，再由节点收发端传到CAN总线上；CAN总线上的数据也可通过节点收发端经由光纤传给节点控制端中的微控制器。主控制端与CAN总线的数据传输方式采用传统的CAN总线通信规范。在CAN总线网络中加入光纤通信的方法，在不改变CAN总线通信规范的情况下，大大增强了网络通信的抗干扰性。

Description

一种基于光纤通信的CAN总线网络
技术领域
本实用新型涉及工业总线技术，具体涉及对于CAN总线网络的改进，将光纤通信技术应用于传统的CAN总线网络系统中，实现一种基于光纤通信的CAN总线网络。
背景技术
CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。
另一方面，光纤通信具有抗干扰能力强、传输速度高等优点。
目前使用的CAN总线网络，虽然具有一定的抗干扰能力，能够适应一般的工业现场。但对于复杂电磁环境的工业现场，强烈的电磁干扰会通过总线连线将现场的电磁干扰引入到控制现场，从而对总控制端的电子器件产生干扰甚至对元器件造成伤害。
将光纤通信应用于CAN总线网络节点通信，可以根本上解决工业现场电磁干扰被引入控制端的问题。通过光纤通信线路将控制中心与工业现场隔离开来，两者只是通过光纤信号传递信息。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于光纤通信的CAN总线网络，本实用新型通过改进传统CAN总线的网络结构，将光纤通信用于网络节点与总线的通信上，彻底隔绝了节点所在的工业现场处强烈的电磁干扰对总线和总控制端的影响。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种基于光纤通信的CAN总线网络，包括一个主控制端、多个节点控制端、多个节点收发端、CAN总线和光纤；
其中，所述主控制端以及节点收发端与CAN总线直接相连，所述节点控制端通过光纤与节点收发端相连。
进一步的，所述主控制端包括主控制器和CAN接口模块，主控制器与CAN接口模块通过数据线和控制线相连；
所述节点控制端包括微控制器、CAN控制器、光电转换电路和光信号收发端，微控制器通过数据线和控制线与CAN控制器相连，CAN控制器通过光电转换电路与光信号收发端相连；
所述节点收发端包括CAN收发器、光电转换电路和光信号收发端，CAN收发器一端与CAN总线相连，另一端通过光电转换电路与光信号收发端相连，光信号收发端的发送和接收端分别通过光纤与光信号收发端的接收和发送端对应连接。
其中，所述主控制端在CAN总线上的收发数据方式采用传统的CAN总线网络标准模式。
其中，所述节点控制端在CAN总线上的收发数据通过光纤通信实现。
其中，所述光纤包括接收光纤和发送光纤。
进一步的，当节点控制端发送数据时，CAN总线控制器的控制信号首先通过光电转换电路和光信号收发端的发送端将电信号转换成光信号由发送光纤进行传输，节点收发端中的光电转换电路和光信号收发端的接收端将发送光纤上的光信号转换成电信号，再由CAN收发器将转换后的电信号传输到CAN总线上；当节点接收总线上的数据时，同样，CAN总线上的数据首先由CAN收发器接收，再由光电转换电路和光信号收发端的发送端将电信号转换成光信号通过光纤发出，节点控制端处的光信号收发端的接收端接收这根光纤传过来的信号再由光电转换电路转换成电信号给CAN控制器，从而实现节点对总线信号的接收。
有益效果：相比于现有技术，本实用新型基于光线通信的CAN总线网络，将光纤通信应用于节点上的CAN控制器与CAN收发器之间，从根本上隔离了节点所在的工业现场强烈的电磁环境，使干扰信号无法对控制中心处的电子设备造成影响。同时，本实用新型的光纤通信方法结构简单，不改变CAN总线原有的通信协议。网络的构建方法还可以应用于各种对电磁干扰敏感的各种工业控制领域；所设计的CAN总线结构简单，并不破坏原有的总线通信方式和软件设计方法，可以将传统的总线网络的应用软件直接用于所设计的CAN总线网络的各节点中；光纤通信结构采用简单的光电转换模块配以相应的电路，结构简单实用。通信时采用有光和无光两种状态，数据传输更加可靠，传输方式简单。
附图说明
图1为本实用新型一种基于光纤通信的CAN总线网络的结构示意图I；
图2为本实用新型一种基于光纤通信的CAN总线网络的结构示意图II。
具体实施方式
以下结合附图1~2来对本实用新型进一步阐述。
如图1~2所示，主控制端1、5个节点收发端3和CAN总线4整合在一块主控制电路板6中，每个节点控制端2整合在一块节点控制电路板7上，形成一种工业控制现场CAN总线网络，该CAN总线网络包含1个主控制电路板6和5个节点控制电路板7以及1个主控制电路板6和5个节点控制电路板7之间分别对应的光纤5。
主控制电路板6包含了主控制器10、CAN接口模块11、CAN总线4、CAN收发器31、光电转换电路32和光信号收发端33；节点控制电路板7包含了微控制器21、CAN控制器22、光电转换电路23和光信号收发端24。
主控制电路板6中，主控制器10通过CAN接口模块11连接到电路板上的CAN总线4上；CAN收发器31一端直接与CAN总线4相连，另一端通过光电转换电路32和光信号收发端33相连；光信号收发端33通过光纤5与对应的节点控制电路板7相连。
节点控制电路板7中，微控制器21通过数据线和控制线与CAN控制器22相连，CAN控制器22通过光电转换电路23与光信号收发端24相连。
主控制器10通过CAN接口模块11与CAN总线4进行通信，通信方式采用传统的CAN总线协议；
节点控制电路板7与CAN总线4进行通信时，具体采用如下方式：
当节点控制电路板7发送数据时，CAN总线控制器22的控制信号首先通过光电转换电路23和光信号收发端24的发送端将电信号转换成光信号由光纤5的其中一根光纤（有两根光纤，分别为接收光纤和发送光纤）进行传输，主控制电路板6中与节点控制电路板7对应的光电转换电路32和光信号收发端33的接收端将这根光纤上的光信号转换成电信号，再由CAN收发器31将转换后的电信号传输到CAN总线4上；
当节点控制电路板7接收总线上的数据时，CAN总线4上的数据首先由CAN收发器31接收，再由光电转换电路32和光信号收发端33的发送端将电信号转换成光信号通过光纤5的另一根光纤发出，节点控制电路板7的光信号收发端24的接收端接收这根光纤传过来的信号再由光电转换电路23转换成电信号给CAN控制器22，从而实现节点控制电路板7对总线信号的接收。
通过以上方式，节点处微控制器21的各种数据可以采用CAN总线通信协议实时传输给主控制器10，主控制器10也可向相应节点的微处理器21下发控制参数。
主控制电路板6一般置于对电磁干扰敏感的控制中心处，每个节点控制电路板7一般置于对应控制节点处。主控制电路板6与5个节点控制电路板7通过光纤5连接通信，实现控制中心与节点处的电气隔离。
采用此种方式，将光纤通信技术应用于节点上的CAN控制器22与CAN收发器31之间，从根本上隔离了节点所在的工业现场强烈的电磁环境，使干扰信号无法对控制中心处的电子设备造成影响。同时，设计的光纤通信方法结构简单，不改变CAN总线原有的通信协议。

Claims (4)

1.一种基于光纤通信的CAN总线网络，其特征在于：包括用于与各节点控制端通信的主控制端（1）、用于控制节点参数并与主控制端通信的多个节点控制端（2）、用于CAN总线信号收发转换的多个节点收发端（3）、实现CAN总线通信的CAN总线（4）以及用于光信号传输的光纤（5），所述主控制端（1）与CAN总线（4）直接相连；所述节点控制端（2）通过光纤（5）与所述节点收发端（3）的一端相连；所述节点收发端（3）的另一端与CAN总线（4）相连。
2.根据权利要求1所述一种基于光纤通信的CAN总线网络，其特征在于：所述主控制端（1）包括主控制器（10）和CAN接口模块（11），主控制器（10）与CAN接口模块（11）通过数据线和控制线相连；所述节点控制端（2）包括微控制器（21）、CAN控制器（22）、光电转换电路（23）和光信号收发端（24），微控制器（21）通过数据线和控制线与CAN控制器（22）相连，CAN控制器（22）通过光电转换电路（23）与光信号收发端（24）相连；所述节点收发端（3）包括CAN收发器（31）、光电转换电路（32）和光信号收发端（33），CAN收发器（31）一端与CAN总线（4）相连，另一端通过光电转换电路（32）与光信号收发端（33）相连，光信号收发端（33）的发送和接收端分别通过光纤（5）与光信号收发端（24）的接收和发送端对应连接。
3.根据权利要求1所述一种基于光纤通信的CAN总线网络，其特征在于：所述光纤（5）包括接收光纤和发送光纤。
4.根据权利要求2所述一种基于光纤通信的CAN总线网络，其特征在于：所述CAN控制器（22）为MCP2515。
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