CN204119259U - 一种基于光纤传输的can通信装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电子领域，具体涉及一种基于光纤传输的CAN通信装置，包括多个一般CAN节点和一个末端CAN节点，一般CAN节点包括MCU、CAN控制器和两对光纤I/O接口；末端CAN节点包括MCU、CAN控制器和一对光纤I/O接口；一般CAN节点、末端CAN节点通过光纤I/O接口互连形成开环总线网络，且末端CAN节点位于总线网络的末端。本实用新型引入了开环总线结构，发送和接收均有相对独立的链路，避免了环路有可能自激造成网络堵塞的问题；同时有效克服基于双绞线的CAN总线网络的不足，具有速率高、抗电磁干扰能力强等一系列优点，并且解决CAN总线的大容量和远距离组网问题。
Description
技术领域
本实用新型属于电子领域，具体涉及一种基于光纤传输的CAN通信装置。
背景技术
CAN是一种采用无破坏性位竞争机制实现串行多主通信的现场总线。由于具有抗干扰能力强、报文短、实时性好和组网成本低等优点，CAN总线被广泛地应用于环境恶劣、电磁辐射大、对可靠性要求高的工业自动化现场和汽车部件控制等领域。最常用的CAN总线物理层传输介质是双绞线。ISO11898-2定义了以双绞线为介质的高速CAN总线物理层标准。但双绞线网络也存在着自身的缺陷：
(1)随着通信速率的增长，双绞线有效传输距离迅速下降：通信速率为20Kbps时，传输距离可达3Km，通信速率为1Mbps时，最大总线长度仅为40m。
(2)双绞线还存在近端串扰问题，即在发送线对和接收线对之间存在电磁耦合干扰。
(3)在电磁环境恶劣的工业现场，双绞线CAN的抗EMI能力仍不足以满足稳定传输的要求。
光纤通信具有速率高、抗电磁干扰能力强等一系列优点，但目前国际上还没有制定出以光纤为传输介质的CAN总线物理层标准。因此，研究光纤CAN总线的组网方法，解决CAN总线的大容量和远距离组网问题，对实际的工程应用和促进新标准的形成具有时十分重要的意义。
目前，在CAN网络和光纤相结合的方面展开了相关研究，主要提出了以下几种方案:(1)单节点光纤隔离方案，即把光纤通信用于CAN每个节点到总线支路上，这样就可以在通信速率保持不变的情况下，将通信介质由双绞线换成光纤，该方案对于解决超高电压等恶劣环境中单个节点的远距离隔离问题有着较好的效果，但在实践工程应用中CAN控制器和收发器相距比较近，干扰往往存在于CAN节点与节点之间，单节点隔离方案并不能解决此类问题，需要利用光纤组网方式来解决；(2)星形组网方案，即每个CAN节点通过点到点链路与中心星形耦合器相连，它负责将各个节点发送的信息转发到网络中所有节点，然而，但随着节点数目增多，星形组网方式会带来接口扩展和网络布线不方便的问题；(3)环形组网方案，即每个CAN节点与邻近的节点以点到点链路相连，形成一个闭环，环中信号单向传输，然而该方法实现较为复杂，且环路存在有可能自激造成网络堵塞的问题。
因此，如何提供一种综合CAN和光纤通信优势的数据传输装置，进而克服基于双绞线的CAN总线的不足，依然是一个亟待解决的问题。
发明内容
针对现有基于双绞线的CAN总线技术中存在的不足，本实用新型提出了一种基于光纤传输的CAN通信装置，包括多个一般CAN节点和一个末端CAN节点，其中一般CAN节点包括MCU、CAN控制器和两对光纤I/O接口PIN1、LED1和PIN2、LED2，CAN控制器有引脚TX、RX，分别用于发送和接收信号，两对光纤I/O接口分别用于接收上游节点的信号和发送本节点信号，输入接口PIN1与引脚TX逻辑“与”后与输出接口LED1相连，输入接口PIN2与引脚RX、输出接口LED2相连；末端CAN节点包括MCU、CAN控制器和一对光纤I/O接口PIN和LED，CAN控制器有引脚TX、RX，分别用于发送和接收信号，一对光纤I/O接口用于接收上游节点的信号和发送本节点信号，输入接口PIN1和引脚TX逻辑“与”后与输出接口LED1、引脚RX相连；一般CAN节点、末端CAN节点通过光纤I/O接口互连形成开环总线网络。
进一步地，上述末端CAN节点位于总线网络的末端，其余节点为一般CAN节点。
进一步地，上述输出接口LED1与总线网络中下一级CAN节点的输入接口PIN1相连，输出接口LED2与总线网络中上一级CAN节点的输入接口PIN2相连。
与现有技术相比，本实用新型引入了开环总线结构，发送和接收均有相对独立的链路，避免了环路有可能自激造成网络堵塞的问题；同时有效克服基于双绞线的CAN总线网络的不足，具有速率高、抗电磁干扰能力强等一系列优点，并且解决CAN总线的大容量和远距离组网问题。
附图说明
图1为本实用新型中一般CAN节点结构示意图；
图2为本实用新型中末端CAN节点结构示意图；
图3为本实用新型的一个3节点的具体部署实施例；
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本实用新型作进一步描述。
如图1和图2所示，本实用新型包括一般CAN节点和末端CAN节点，其中一般CAN节点包括MCU、CAN控制器和两对光纤I/O接口PIN1、LED1和PIN2、LED2，CAN控制器有引脚TX、RX，分别用于发送和接收信号，两对光纤I/O接口分别用于接收上游节点的信号和发送本节点信号，输入接口PIN1与引脚TX逻辑“与”后与输出接口LED1相连，输入接口PIN2与引脚RX、输出接口LED2相连，如图1所示；如图2所示，末端CAN节点包括MCU、CAN控制器和一对光纤I/O接口PIN和LED，CAN控制器有引脚TX、RX，分别用于发送和接收信号，一对光纤I/O接口用于接收上游节点的信号和发送本节点信号，输入接口PIN1和引脚TX逻辑“与”后与输出接口LED1、引脚RX相连。
在部署过程中，一个网络包括一个末端CAN节点和多个一般CAN节点，每个CAN节点通过光纤I/O接口“手拉手”互连总成开环总线网络，其中末端CAN节点位于总线网络的末端，其余节点都为一般CAN节点，输出接口LED1与总线网络中下一级CAN节点的输入接口PIN1相连，输出接口LED2与总线网络中上一级CAN节点的输入接口PIN2相连。如图3所示。
对于一般CAN节点、末端CAN节点，其中的CAN控制器有引脚TX、RX处，分别对应高电平和低电平，即仍定义“隐性”位和“显性”位。结合PIN和LED的驱动电路特点，经过适当的信号反相，可设计光纤中有光信号传输时对应“显性”位，无光传输时对应“隐性”位。这样的设计满足了CAN信号物理层的传输特点。
在一个如图3所示的CAN总线网络中，起始CAN节点和每个中间位置的CAN节点都采用一般CAN节点，其中，LED1、LED2为输出接口，PIN1、PIN2为输入接口，PIN1接收上一级CAN节点的输入信号，并与本CAN节点中CAN控制器的TX输出信号进行逻辑“与”，该逻辑“与”结果为LED1的输出信号；同时，LED1又作为下一级CAN节点的输入信号连接到下一级CAN节点的PIN1端口。节点之间信号的关系可以用关系式(1)和(2)表达。
TXLED1(1)＝TX(1) (1)
TXLED1(i)＝TX(i)&TXLED1(i-1)(i>＝2) (2)
其中，TXLED1(i)表示第i个CAN节点输出接口LED1的输出信号，TX(i)表示第i个CAN节点CAN控制器输出的信号。从上述递推关系式不难看出，末端节点中经过逻辑“与门”之后的信号为这一时刻网络中所有发送信号逻辑“与”后的结果，即系统利用与门实现信号逻辑“与”代替了双绞线的“线与”功能。各个节点的发送信号经过逐级“逻辑与”之后到达末端节点，在末端节点中，经过“与门”输出的信号为网络仲裁后的有效位信号，根据CAN协议，仲裁后的位信号在传给本地CAN控制器RX引脚的同时返回给总线网络的上一级CAN节点，上一级CAN节点的PIN2接口将该位信号输入到所属CAN节点中CAN控制器的RX，同时把此信号发送给再上一级CAN节点，如此逐级传输有效位信号，便可使得网络内所有节点在一定时间内均可收到仲裁后的有效位信号。
Claims (3)
1.一种基于光纤传输的CAN通信装置，其特征在于，所述装置包括多个一般CAN节点和一个末端CAN节点，所述一般CAN节点包括MCU、CAN控制器和两对光纤I/O接口PIN1、LED1和PIN2、LED2，CAN控制器有引脚TX、RX，分别用于发送和接收信号，两对光纤I/O接口分别用于接收上游节点的信号和发送本节点信号，所述输入接口PIN1与引脚TX逻辑“与”后与输出接口LED1相连，所述输入接口PIN2与引脚RX、输出接口LED2相连；所述末端CAN节点包括MCU、CAN控制器和一对光纤I/O接口PIN和LED，CAN控制器有引脚TX、RX，分别用于发送和接收信号，一对光纤I/O接口用于接收上游节点的信号和发送本节点信号，所述输入接口PIN1和引脚TX逻辑“与”后与输出接口LED1、引脚RX相连；所述一般CAN节点、末端CAN节点通过光纤I/O接口互连形成开环总线网络。
2.如权利要求1所述的基于光纤传输的CAN通信装置，其特征在于：所述末端CAN节点位于总线网络的末端，其余节点为一般CAN节点。
3.如权利要求1所述的基于光纤传输的CAN通信装置，其特征在于：所述输出接口LED1与总线网络中下一级CAN节点的输入接口PIN1相连，所述输出接口LED2与总线网络中上一级CAN节点的输入接口PIN2相连。
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| CN109873676A (zh) * | 2017-12-05 | 2019-06-11 | 艾乐德电子（南京）有限公司 | 一种基于光纤的can总线异步通信方法及网络 |
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| CN109873676B (zh) * | 2017-12-05 | 2020-07-03 | 艾乐德电子（南京）有限公司 | 一种基于光纤的can总线异步通信方法及网络 |
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