CN204288502U - Can总线数据采集装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种CAN总线数据采集装置及系统。其中，该装置包括：CAN收发器，与CAN总线连接，至少被设置为获取CAN总线上的CAN节点传感器采集的目标数据；微控制器，与CAN收发器及网络接口控制电路连接，被设置为将CAN收发器采集到的目标数据发送给网络接口控制电路；网络接口控制电路，被设置为将采集到的目标数据发送到网络。本实用新型解决了由于采用现有的CAN总线数据方法导致的数据采集灵活度较低的技术问题。

Description

CAN总线数据采集装置及系统

技术领域

本实用新型涉及数据采集领域，具体而言，涉及一种CAN总线数据采集装置及系统。

背景技术

目前，钻井现场录井设备和钻井仪表通常所采用的传感器采集系统为基于控制器局域网(Controller Area Network，CAN)总线的数据采集系统，具体而言，常用的手段是将购买的CAN采集卡安插在采集计算机上，进一步，通过采集计算机内安装的软件对CAN采集卡进行软件驱动控制，以实现该采集计算机与CAN总线上各个CAN节点之间的数据通信，从而获取连在CAN总线上的CAN节点上的传感器采集的数据。其中，上述CAN采集卡目前主要是采用外设部件互联标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)接口连接在采集计算机上，也就是说，现有的CAN采集卡必须固定连接在具有PCI插槽主板的采集计算机上，以使该采集计算机通过采集软件控制CAN采集卡进行传感器数据采集。

然而，上述方式对采集计算机有一定的接口要求，换言之，传统的CAN数据采集必须固定使用某台采集计算机，当上述采集计算机或采集卡出现故障时，则必须对硬件进行更新且需要重装与CAN采集卡相匹配的采集控制软件，从而导致CAN总线数据采集的灵活度较低。进一步，由于CAN采集卡对CAN节点上传感器信号的实时采集和实时处理均由采集计算机完成，这对采集计算机的性能也提出了更高要求，且利用软件驱动控制CAN采集卡的话，还在一定程度上影响了CAN总线数据采集的效率。

针对现有技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种CAN总线数据采集装置及系统，以至少解决由于采用现有的CAN总线数据方法导致的数据采集灵活度较低的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种CAN总线数据采集装置，包括：CAN收发器，与CAN总线连接，至少被设置为获取上述CAN总线上的CAN节点传感器采集的目标数据；微控制器，与上述CAN收发器及网络接口控制电路连接，被设置为将上述CAN收发器采集到的上述目标数据发送给上述网络接口控制电路；上述网络接口控制电路，被设置为将采集到的上述目标数据发送到网络。

可选地，上述装置还包括：数字隔离器，与上述CAN收发器及上述微控制器连接，被设置为对上述CAN收发器采集的上述目标数据进行隔离处理，并将处理后的上述目标数据发送给上述微控制器，其中，上述数字隔离器还被设置为向上述CAN收发器供电。

可选地，上述微控制器包括：CAN控制器，至少被设置为控制上述CAN收发器接收上述目标数据；以太网控制器，被设置为控制上述目标数据通过上述网络接口电路发送给上述网络。

可选地，上述以太网控制器中集成了介质访问控制层和端口物理层。

可选地，上述CAN收发器还被设置为向上述CAN总线上的上述CAN节点传感器发送用于采集上述目标数据的采集指令；上述CAN控制器还被设置为控制上述CAN收发器发送上述采集指令。

可选地，上述装置还包括：ESD保护器，连接在上述CAN收发器及上述CAN总线之间，被设置为对上述CAN收发器进行静电放电保护；共模扼流圈，连接在上述CAN收发器及上述CAN总线之间，被设置为抑制对上述CAN收发器的电磁干扰。

可选地，上述装置还包括：电源，被设置为对上述微控制器及上述数字隔离器供电。

可选地，上述网络接口控制电路包括：以太网接口控制电路。

可选地，上述以太网接口控制电路包括：RJ45接口，被设置为将上述目标数据通过所连接的采集终端发送至网络，其中，上述RJ45接口中内置网络隔离变压器。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种CAN总线数据采集系统，包括上述的CAN总线数据采集装置，还包括：采集终端，与上述CAN总线数据采集装置连接；CAN节点，与上述CAN总线数据采集装置连接，其中，上述CAN节点上配置用于数据采集的传感器。

在本实用新型实施例中，通过在CAN数据采集装置中设置网络接口控制电路，将CAN收发器获取到的CAN总线上的CAN节点传感器采集的目标数据发送至网络中任意一台采集终端，由于网络接口并不同于现有技术中的PCI接口对采集终端有所限制，从而克服了现有技术中由于只能固定与一台采集终端连接所导致的数据采集灵活度低的问题，进而达到提高数据灵活度。进一步，本实施例中的CAN数据采集装置也不同现有技术中的CAN采集卡需要软件驱动控制，通过CAN数据采集装置中的微控制器实现对CAN收发器直接进行硬件驱动控制，从而克服了现有技术中CAN总线通讯受软件限制的问题，无论是数据采集过程还是维护管理中出现故障，也都无需进行全部的更新替换，进一步提高了数据采集的效率及准确率。

进一步，由于微控制器中的以太网控制器中集成了介质访问控制层和端口物理层，从而进一步避免了现有技术中由于介质访问控制层和端口物理层分离所导致的误码率增大的问题，进而达到提高数据采集的准确率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种可选的CAN总线数据采集装置的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的CAN总线数据采集装置的连接示意图；

图3是根据本实用新型实施例的另一种可选的CAN总线数据采集装置的示意图；

图4是根据本实用新型实施例的一种可选的CAN总线数据采集系统的示意图；以及

图5是根据本实用新型实施例的另一种可选的CAN总线数据采集系统的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本实用新型实施例，提供了一种CAN总线数据采集装置，如图1所示，该装置包括：

1)CAN收发器102，与CAN总线连接，至少被设置为获取CAN总线上的CAN节点传感器采集的目标数据；

2)微控制器104，与CAN收发器及网络接口控制电路连接，被设置为将CAN收发器采集到的目标数据发送给网络接口控制电路；

3)网络接口控制电路106，被设置为将采集到的目标数据发送到网络。

可选地，在本实施例中，上述CAN总线数据采集装置可以但不限于应用于石油勘探开发钻井施工现场，如图2所示，上述CAN总线数据采集装置202与CAN总线204连接，其中，上述CAN总线包括CANH与CANL两路，进一步，上述CAN总线204上的CAN节点可以包括但不限于设置在：井台区接线箱、入口区接线箱、出口区接线箱，其中，每个接线箱都与一组传感器连接。也就是说，上述CAN总线数据采集装置中的微控制器104控制CAN收发器102获取传感器采集到的钻井现场不同位置的目标数据，进而通过网络接口电路106将上述目标数据发送给网络中任意一台采集终端。上述举例只是一种示例，本实施例对此不做任何限定。

可选地，在本实施例中，上述CAN数据采集装置可以但不限于两路CAN采集通道，其中一路作为备用。

可选地，在本实施例中，上述网络接口控制电路包括：以太网接口控制电路。

需要说明的是，由于现有技术中提供的CAN总线采集过程中只能利用CAN采集卡通过PCI接口与固定的采集计算机连接，导致数据采集的灵活度较低的问题。进一步，本申请中提供的CAN总线数据采集装置中通过网络接口控制电路中的网络接口将CAN收发器获取的CAN总线上CAN节点传感器采集的目标数据发送至网络中任意一台采集终端，例如，以太网接口，从而实现连接任意一台采集终端，以上报采集到的目标数据，进而克服了现有技术中数据采集过程中对接口的硬件限制。

可选地，在本实施例中，上述CAN收发器还被设置为向CAN总线上的CAN节点传感器发送用于采集目标数据的采集指令。

可选地，在本实施例中，上述微控制器包括但不限于：CAN控制器、以太网控制器，从而实现对目标数据采集过程的硬件驱动控制。例如，上述控制器可以但不限于采用Cortex-M3系列的ARM芯片，其中，可以包括两个支持标准的CAN总线协议的CAN控制器模块，而无需再外接CAN控制器，达到无缝连接CAN收发器的目的。

需要说明的是，本实施例中提供的微控制器可以但不限于通过硬件驱动实现对CAN收发器的控制，进一步，利用上述微控制器进行硬件驱动控制的方式可以包括但不限于在上述CAN总线数据采集装置一上电后，则微控制器将控制向CAN节点传感器发送用于数据采集的采集指令，以便于获取目标数据。其中，由于采集指令内容相比于软件驱动程序较为简单，因而直接通过微控制器发送采集指令进一步提高了数据采集的效率及准确率，进而避免了现有技术中CAN采集卡通过匹配的软件驱动控制所导致的效率及准确率较低的问题。可选地，在本实施例中，上述微控制器进行硬件驱动控制的方式还可以包括但不限于由CAN节点传感器按照预定周期通过CAN总线主动上报。上述只是示例，本实施例并不限于此。

通过本申请提供的实施例，通过在CAN数据采集装置中设置网络接口控制电路，将CAN收发器获取到的CAN总线上的CAN节点传感器采集的目标数据发送至网络中任意一台采集终端，由于网络接口并不同于现有技术中的PCI接口对采集终端有所限制，从而克服了现有技术中由于只能固定与一台采集终端连接所导致的数据采集灵活度低的问题，进而达到提高数据灵活度。进一步，本实施例中的CAN数据采集装置也不同现有技术中的CAN采集卡需要软件驱动控制，通过CAN数据采集装置中的微控制器实现对CAN收发器直接进行硬件驱动控制，从而克服了现有技术中CAN总线通讯受软件限制的问题，无论是数据采集过程还是维护管理中出现故障，也都无需进行全部的更新替换，进一步提高了数据采集的效率及准确率。

作为一种可选的方案，上述装置还包括：

1)数字隔离器，与CAN收发器及微控制器连接，被设置为对CAN收发器采集的目标数据进行隔离处理，并将处理后的目标数据发送给微控制器，其中，数字隔离器还被设置为向CAN收发器供电。

可选地，在本实施例中，上述装置还包括：电源，被设置为对微控制器及数字隔离器供电。其中，上述数字隔离器可以但不限于内置集成隔离式电源的数字隔离器，可以通过隔离式电源为CAN收发器供电。

可选地，在本实施例中，上述隔离的方式可以包括但不限于以下至少之一：光耦隔离、磁耦隔离。

通过本申请提供的实施例，通过数字隔离器防止CAN收发器及微控制器之间的电流流动，从而实现保护电路不受危险电压和电流的损坏；此外，还可通过数字隔离器为CAN收发器直接供电，进一步节省了供电电源，使电路更加简单可靠。

作为一种可选的方案，微控制器包括：

1)CAN控制器，至少被设置为控制CAN收发器接收目标数据；

2)以太网控制器，被设置为控制目标数据通过网络接口电路发送给网络。

可选地，在本实施例中，上述以太网控制器中集成了介质访问控制层(Med iaAccess Control，MAC)和端口物理层(Port Physica l Layer，PHY)。

需要说明的是，在本实施例中，由于以太网控制器采用完全内嵌MAC层和PHY层的ARM芯片，从而避免了现有技术中由于控制器中MAC层和PHY层分离造成的布线干扰的问题，进而达到减少误码率的效果。

可选地，在本实施例中，上述CAN控制器还可以但不限于被设置为控制CAN收发器发送采集指令。也就是说，上述CAN控制器可以控制CAN收发器的接收机发送操作，从而实现对目标数据的实时处理。

通过本申请提供的实施例，通过在微控制器中设置CAN控制器及以太网控制器实现对CAN总线数据采集过程的实时控制，进一步，由于以太网控制中完全集成了MAC层和PHY层，避免由于分离导致的不稳定，进一步达到减少误码率的效果。

作为一种可选的方案，上述装置还包括：

1)ESD保护器，连接在CAN收发器及CAN总线之间，被设置为对CAN收发器进行静电放电保护；

2)共模扼流圈，连接在CAN收发器及CAN总线之间，被设置为抑制对CAN收发器的电磁干扰。

需要说明的是，在本实施例中，为了提高CAN总线数据交互的稳定性和抗干扰能力，在CAN收发器宇CAN总线之间应用了静电放电(Electro-Static discharge，ESD)保护器件和共模扼流圈。其中，上述ESD保护器件可以但不限于CAN总线专用ESD元件，以避免器件等效电容影响高波特率时的总线通讯。上述共模扼流圈可以但不限于CAN总线专用的扼流圈，用于提高设备的电磁兼容(Electromagnetic Interference，EMI能力。

通过本申请提供的实施例，通过在CAN总线及CAN收发器之间增加ESD保护器及共模扼流圈，进一步保证了CAN收发器获取目标数据时CAN总线数据交互的稳定性和抗干扰能力。

作为一种可选的方案，以太网接口控制电路包括：

1)RJ45接口，被设置为将目标数据通过所连接的采集终端发送至网络，其中，RJ45接口中内置网络隔离变压器。

需要说明的是，在本实施例中，上述内置网络隔离变压器的RJ45接口，可以但不限于把PHY层输出的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号，并且通过电磁场的转换耦合到连接网线的另外一端。

具体结合图3所示进行描述，在CAN总线进行通讯时，微控制器ARM单片机将采集指令通过CAN控制器控制发送给CAN收发器，CAN收发器将信号以差分电平的形式发送到CAN总线上，其中，CAN总线包括CANH和CANL，进一步，作为CAN总线上的CAN节点的室外传感器接线箱内的模拟量采集模块和数字量采集模块响应采集指令采集目标数据。进一步，传感器在采集到目标数据后将通过相应通道目标数据回传，具体地，目标数据先经过ESD保护器及共模扼流圈在经过安全处理后发送到CAN收发器，其中CAN收发器由磁耦隔离的数字隔离器供电，然后，经过隔离的数据在微控制器的控制下经过以太网接口RJ45头发送至网络中任意一台采集终端。

通过本申请提供的实施例，CAN总线数据采集装置作为CAN总线数据采集系统的核心部分，通过以太网接口实现将CAN节点传感器采集的目标数据发送至网络中任意一台采集终端，从而避免了现有技术中由于采用PCI接口只能与固定的终端进行数据交互所导致的数据采集灵活度较低的问题。进一步，通过微控制器实现对CAN收发器的硬件驱动控制，从而克服了现有CAN采集卡由于需要配置专用软件进行软件驱动所导致的数据采集效率低的问题。也就是说，通过上述CAN总线数据采集装置不仅实现了提高数据采集灵活度，进一步，在数据采集或维护管理过程中，由于无需对CAN采集卡及对应的软件进行维护更新，从而实现提高了数据采集的效率，再者通过硬件驱动的方式也保证了数据采集的准确性。

实施例2

根据本实用新型实施例，提供了一种CAN总线数据采集系统，如图4所示，该系统包括：

1)CAN总线数据采集装置402，

2)采集终端404，与CAN总线数据采集装置402连接；

3)CAN节点406，与CAN总线数据采集装置402连接，其中，CAN节点上配置用于数据采集的传感器。

可选地，在本实施例中，上述数据采集装置可以但不限于应用于石油勘探开发钻井施工现场，上述CAN总线数据采集装置与CAN总线及采集终端连接，其中，上述CAN总线上的CAN节点可以包括但不限于：井台区接线箱、入口区接线箱、出口区接线箱，每个接线箱都与一组传感器连接。可选地，在本实施例中，上述CAN数据采集装置与CAN节点均连接在CAN总线上。

例如，如图5所示，CAN总线数据采集系统中井台区传感器组502-1连接井台区接线箱504-1，入口区传感器组502-2连接入口区接线箱504-2，出口区传感器组502-3连接出口区接线箱504-3，上述传感器组将采集到的钻井现场的目标数据通过CAN数据采集装置506发送给网络中任意一台采集终端508。

通过本申请提供的实施例，通过上述CAN总线数据采集系统将CAN节点采集到的目标数据通过数据采集装置实时发送给网络中任意一台采集终端，从而达到提高数据采集的灵活度的效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CAN总线数据采集装置，其特征在于，包括：

CAN收发器，与CAN总线连接，至少被设置为获取所述CAN总线上的CAN节点传感器采集的目标数据；

微控制器，与所述CAN收发器及网络接口控制电路连接，被设置为将所述CAN收发器采集到的所述目标数据发送给所述网络接口控制电路；

所述网络接口控制电路，被设置为将采集到的所述目标数据发送到网络。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

数字隔离器，与所述CAN收发器及所述微控制器连接，被设置为对所述CAN收发器采集的所述目标数据进行隔离处理，并将处理后的所述目标数据发送给所述微控制器，其中，所述数字隔离器还被设置为向所述CAN收发器供电。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微控制器包括：

CAN控制器，至少被设置为控制所述CAN收发器接收所述目标数据；

以太网控制器，被设置为控制所述目标数据通过所述网络接口电路发送给所述网络。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述以太网控制器中集成了介质访问控制层和端口物理层。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述CAN收发器还被设置为向所述CAN总线上的所述CAN节点传感器发送用于采集所述目标数据的采集指令；

所述CAN控制器还被设置为控制所述CAN收发器发送所述采集指令。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

ESD保护器，连接在所述CAN收发器及所述CAN总线之间，被设置为对所述CAN收发器进行静电放电保护；

共模扼流圈，连接在所述CAN收发器及所述CAN总线之间，被设置为抑制对所述CAN收发器的电磁干扰。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：

电源，被设置为对所述微控制器及所述数字隔离器供电。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述网络接口控制电路包括：以太网接口控制电路。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述以太网接口控制电路包括：

RJ45接口，被设置为将所述目标数据通过所连接的采集终端发送至网络，其中，所述RJ45接口中内置网络隔离变压器。

10.一种CAN总线数据采集系统，其特征在于，包括权利要求1-9中所述的CAN总线数据采集装置，还包括：

采集终端，与所述CAN总线数据采集装置连接；

CAN节点，与所述CAN总线数据采集装置连接，其中，所述CAN节点上配置用于数据采集的传感器。