CN210573333U

CN210573333U - 一种基于can总线的总线开关

Info

Publication number: CN210573333U
Application number: CN201922165214.5U
Authority: CN
Inventors: 糜志标
Original assignee: LINYI KERUI ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: LINYI KERUI ELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2019-11-30
Filing date: 2019-11-30
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2029-11-30

Abstract

本实用新型公开了一种基于CAN总线的总线开关，主节点与汽车电控单元采用CAN总线通讯，组合开关主节点通过组合开关从节点采用单信号串行通讯电路连接，电源模块通过可调输出稳压器与组合开关主节点的微处理器连接，微处理器分别连接有定时器、串行通讯电平转换电路、CAN收发器，组合开关从节点包括有单片机、串行通讯电平转换电路、按键背光灯、按键输入电路、延时调压节能电路，单片机分别与串行通讯电平转换电路、按键按键背光灯、按键输入电路、定时器连接，结构简单、安装边便捷，减少车内线束使用，方便车内布线，易于扩展，能处于低功耗模式，降低成本。

Description

一种基于CAN总线的总线开关

技术领域

本实用新型涉及局域网控制技术领域，具体的说是一种基于CAN总线的总线开关。

背景技术

随着电子设备的不断增加造成导线数量增加，使得在汽车内有限的空间中布线变得日益困难，从某种程度上限制了汽车电子功能的拓展。采用总线技术，并通过电控系统网络化控制，能有效减少线束使用，降低车内布线难度。现有总线组合开关采用单主机多从机模式，由于每个组合开关上器件接口数量有限，则能检测的开关量也有限，在应用中若需增加开关量进行功能扩展，需要接入多个组合开关。但由于过多节点将导致网络阻抗过低，降低通讯效率，一个网络中节点总数不宜过多，使得组合开关的扩展受到限制。随着汽车总线中通讯节点和数据流量持续增加，节点日益复杂，使得汽车总线在重量、布置、成本、通信效率等方面面临困境。

因此，为克服上述技术的不足而设计出一款结构简单、安装边便捷，减少车内线束使用，方便车内布线，易于扩展，能降低成本的一种基于CAN总线的总线开关，正是发明人所要解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于CAN总线的总线开关，其结构简单、安装边便捷，减少车内线束使用，方便车内布线，易于扩展，能降低成本。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于CAN总线的总线开关，其包括汽车电控单元、CAN总线、组合开关主节点、串行通讯电路、组合开关从节点，所述组合开关主节点与汽车电控单元采用CAN总线通讯，所述组合开关主节点通过组合开关从节点采用单信号串行通讯电路连接，所述组合开关主节点包括有微处理器、电源模块、CAN收发器、串行通讯电平转换电路、定时器，所述电源模块通过可调输出稳压器与微处理器连接，所述微处理器分别连接有定时器、串行通讯电平转换电路、CAN收发器，所述组合开关从节点包括有单片机、串行通讯电平转换电路、按键背光灯、按键输入电路、延时调压节能电路，所述单片机分别与串行通讯电平转换电路、按键按键背光灯、按键输入电路、定时器连接，所述组合开关主节点和组合开关从节点上均设置有CAN总线通讯接口。

进一步，所述微处理器采用内部集成了CAN控制器和串行通讯接口的STM32F103C8T6芯片，所述微处理器通过CAN控制器与CAN收发器连接，所述微处理器的串行通讯接口通过串行通讯电平转换电路与各个组合开关从节点的单片机相连接。

进一步，所述电源模块提供的电源为24V，所述可调输出稳压器采用LM2576D2T_ADJR4G芯片，所述电源模块提供的24V电压经过可调输出稳压器降压后传输5V的工作电压供给各组合开关从节点以及组合开关主节点。

进一步，所述定时器为NE555芯片。

进一步，所述组合开关主节点与组合开关从节点的串行通讯接口采用三线制，分别为5V电源线、信号线、地线。

进一步，所述CAN收发器为NCV7340D12R2G。

进一步，所述组合开关从节点的单片机采用STC11F02。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用CAN总线通讯的组合开关只使用两根线进行通讯，不仅可提高数据传输的可靠性和安装便捷性，同时可减少线束的使用，使用时，只需将组合开关主节点连接到车内CAN总线上，根据需要连接部分从节点，便可检测多个开关节点的按键状态。不仅可减少线束使用，方便车内布线，而且易于扩展，可至少连接30个开关节点，该组合开关还设计低功耗模式，具有休眠、唤醒功能。

附图说明

图1是本实用新型整体结构框图。

图2是本实用新型组合开关主节点电路连接框图。

图3是本实用新型组合开关从节点电路连接框图。

图4是本实用新型电源连接电路图。

图5是本实用新型主节点串行通讯电平转换电路图。

图6是本实用新型NE555定时器电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。

参见图1是本实用新型整体结构框图，图2是本实用新型组合开关主节点电路连接框图，图3是本实用新型组合开关从节点电路连接框图，该结构一种基于CAN总线的总线开关，其包括汽车电控单元、CAN总线、组合开关主节点、串行通讯电路、组合开关从节点，主节点与汽车电控单元采用CAN总线通讯，组合开关主节点通过组合开关从节点采用单信号串行通讯电路连接，组合开关主节点包括有微处理器、电源模块、CAN收发器、串行通讯电平转换电路、定时器，电源模块通过可调输出稳压器与微处理器连接，微处理器分别连接有定时器、串行通讯电平转换电路、CAN收发器，组合开关从节点包括有单片机、串行通讯电平转换电路、按键背光灯、按键输入电路、延时调压节能电路，单片机分别与串行通讯电平转换电路、按键按键背光灯、按键输入电路、定时器连接。

组合开关由一个主节点和多个开关从节点组成，基于STM32系列微控制器的主节点作为组合开关的核心，负责协调各开关节点与汽车电控单元间的通讯。主节点一方面通过串行通讯电路检测各组合开关从节点的按键状态，并将电控单元的工作指示传送给各组合开关从节点；另一方面通过CAN总线与汽车电控单元通讯，上传实时检测的按键状态。汽车电控单元根据接收到的按键状态操作相应的设备，并将设备当前的工作状态通过主节点反馈给各开关节点作为工作指示。

汽车内部有2条CAN通讯线(CANH和CANL)贯通车身，构成CAN网络的主干通讯通道，所有CAN节点可以挂接在主通道的任意位置。该组合开关还设置有CAN总线通讯接口，可以作为一个独立的节点，直接挂在总线上。主节点采用微处理器STM32F103C8T6，其内部集成了CAN控制器和串行通讯接口。该处理器具有3种低功耗模式：睡眠模式、停止模式和待机模式，在停止模式下其功耗可以低至几十个微安。

参见图4是本实用新型电源连接电路图，整车为组合开关提供的电源为24V，经过可调输出稳压器LM2576D2T_ADJR4G降压后给各开关节点及主节点上的5V芯片。LM2576具有7V～45V宽输入电压范围，TTL关断能力。组合开关进入休眠模式后，主要功耗为稳压器的静态功耗，为降低系统的休眠功耗，使用NE555定时器控制LM2576的使能引脚，使其在系统休眠期间间歇式工作。在系统进入休眠模式前，微处理器STM32F103C8T6输出NE555使能信号，使NE555工作输出一定占空比的定时信号POWER_OFF，控制LM2576使其定时关断，在其关断期间使用1000μF电容储能为进入休眠状态的组合开关主从节点供电。

STM32F103C8T6内部集成了CAN控制器，只需外加CAN收发器即可，选用CAN收发器NCV7340D12R2G，具有正常和静默2种工作模式，由8号引脚控制，在静默模式下其典型功耗仅为10A。

主节点与从节点采用UART串行通讯，接口采用三线制，分别是5V电源线、信号线和地线。为了防止电源线上的传导干扰引入通信线路，使用单独的信号线通讯，另外为了减少线束，收、发数据共用一根信号线。信号线上采用24V的电压通信，以提高信号传输过程的抗干扰能力，主节点和从节点各设计了相应的电平转换电路，将24V的信号，分别转换为3.3V和5V的串行通讯信号，送给各自的主控制芯片。

参见图5是本实用新型主节点串行通讯电平转换电路图，VIN为信号线，当开关节点发送信号为5V高电平时，经过从节点内部串行通讯电平转换电路将信号转换为24V在信号线上传输，VIN端为24V高电平，此时三极管Q₃、Q₄都截止，主节点串行接收引脚USART2_RX上为3.3V高电平反之，所有三极管都导通，USART2_RX上为低电平。这样可以使三极管在串行通讯空闲时的高电平下都关断，降低通讯线路上的功耗。

组合开关从节点的主控芯片采用51单片机STC11F02。该芯片成本低且满足低功耗要求，在休眠模式下最低功耗为0.1μA。从节点的按键检测电路中，通过π型滤波电路在硬件上提前给按键输入做消抖处理，外加起保护作用的压敏电阻，防静电浪涌和尖脉冲。按键背光灯由51单片机STC11F02控制，通过定时器中断在其控制引脚产生PWM输出，经过硬件上的二阶滤波电路滤掉交流分量，留下直流分量，实现亮度可调。

为降低组合开关的休眠功耗，加入NE555延时调压节能电路。在系统进入休眠模式前，STM32输出NE555使能信号，使NE555工作输出一定占空比的定时信号，控制LM2576使其定时关断，在其关断期间使用1000μF电容储能为进入休眠状态的系统供电。

参见图6是本实用新型NE555定时器电路图，D₂、D₃为二极管，NE555使能后，C₁、C₂通过R₂、D₂构成的RC回路充电，当达到THR的阈值电压时，NE555的OUT和DISC引脚输出低电平。之后C₁、C₂通过R₃、D₃构成的RC回路放电，当达到TRIG信号的阈值低电压时，NE555的OUT和DISC引脚输出高电平。通过C₁、C₂周期性地充、放电，使NE555输出一定时信号。调节R₂、R₃的阻值可调节C₁、C₂充、放电时间，即可设置NE555输出的定时信号占空比。

主节点与汽车电控单元采用CAN总线通讯，主节点与从节点采用单信号线通讯，减少线束使用，方便车内布线、不仅易于扩展，可以挂载至少30个开关节点，其性能良好，在休眠模式下功耗设计仅为3.8mA，降低功耗，节省成本。

Claims

1.一种基于CAN总线的总线开关，其特征在于：其包括汽车电控单元、CAN总线、组合开关主节点、串行通讯电路、组合开关从节点，所述组合开关主节点与汽车电控单元采用CAN总线通讯，所述组合开关主节点通过组合开关从节点采用单信号串行通讯电路连接，所述组合开关主节点包括有微处理器、电源模块、CAN收发器、串行通讯电平转换电路、定时器，所述电源模块通过可调输出稳压器与微处理器连接，所述微处理器分别连接有定时器、串行通讯电平转换电路、CAN收发器，所述组合开关从节点包括有单片机、串行通讯电平转换电路、按键背光灯、按键输入电路、延时调压节能电路，所述单片机分别与串行通讯电平转换电路、按键按键背光灯、按键输入电路、定时器连接，所述组合开关主节点和组合开关从节点上均设置有CAN总线通讯接口。

2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的总线开关，其特征在于：所述微处理器采用内部集成了CAN控制器和串行通讯接口的STM32F103C8T6芯片，所述微处理器通过CAN控制器与CAN总线连接，所述微处理器的串行通讯接口通过串行通讯电平转换电路与各个组合开关从节点的单片机相连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的总线开关，其特征在于：所述电源模块提供的电源为24V，所述可调输出稳压器采用LM2576D2T_ADJR4G芯片，所述电源模块提供的24V电压经过可调输出稳压器降压后传输5V的工作电压供给各组合开关从节点以及组合开关主节点。

4.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的总线开关，其特征在于：所述定时器为NE555芯片。

5.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的总线开关，其特征在于：所述组合开关主节点与组合开关从节点的串行通讯接口采用三线制，分别为5V电源线、信号线、地线。

6.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的总线开关，其特征在于：所述CAN收发器为NCV7340D12R2G。

7.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的总线开关，其特征在于：所述组合开关从节点的单片机采用STC11F02。