CN216356761U - 一种基于光端机的can远距离通信系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于光端机的CAN远距离通信系统，包括通过光纤连接的近端设备和远端设备，近端设备和远端设备均包括依次相连的光模块、光纤数据收发器、CAN控制器和CAN总线局域网。本实用新型将CAN总线从最大40m通信距离通过光传输扩展为几十公里的传输距离；通过光纤传输信号，提高了系统的信号抗干扰能力；使远端设备和近端设备只通过1根光纤即可完成多组CAN总线网络扩展，简化了两个设备之间使用多根电缆连接的问题，避免电缆连接带来的电磁辐射、电磁屏蔽等问题；将两个光端机分别部署到远端设备和近端设备中。可以根据用户具体需求，自定义CAN总线扩展网络子网的限定范围。
Description
技术领域
本实用新型属于通信技术领域，特别涉及一种基于光端机的CAN远距离通信系统。
背景技术
支持CAN总线远距离通信的光端机主要用于车载电子设备中。由于CAN总线的响应实时性，决定了CAN总线速率为1Mbps时，传输距离不能超过40m。现阶段，CAN总线的实际传输距离已经超过40m，在一些特定场合中，需要将多根电缆信号优化为一根光纤进行信号传输，由于光电转换带来的响应时间损耗，传输距离还会比40m更短。此时CAN总线的传输距离瓶颈会限制系统的功能设计。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，采用CAN光端机方案，能解决CAN总线在1Mbps速率下最远传输距离小于40m的问题，将CAN总线通信距离通过光传输扩展为几十公里的传输距离的基于光端机的CAN远距离通信系统。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于光端机的CAN远距离通信系统，包括通过光纤连接的近端设备和远端设备，近端设备和远端设备均包括依次相连的光模块、光纤数据收发器、CAN控制器和CAN总线局域网。
进一步地，所述CAN控制器采用集成CAN接口的微控制器配合光耦隔离芯片和CAN收发器芯片实现硬件电路，负责监听当前CAN总线局域网的所有数据消息，将数据转发到光纤数据收发器。
进一步地，所述光纤数据收发器包含数据发送器和数据接收器，数据发送器和数据接收器均对外连接多个CAN控制器。
进一步地，所述数据发送器包括数据发送模块，与数据发送模块相连的多个数据打包单元，每个数据打包单元分别连接FIFO和端口标签模块，FIFO通过串行口连接CAN控制器；
CAN控制器数据经过串行口进入FIFO缓存，当缓存的数据超过最大等待时间或者数据量大于数据打包最大帧长度时，触发数据打包动作，FIFO缓存的数据开始输出到数据打包单元，并通过端口标签模块填充端口标签信息和通信帧头帧尾校验信息；端口标签信息用于接收时将数据恢复到对应串行口；数据打包完成后送到数据发送模块，数据发送模块通过电信号接口将数据发送给光模块，光模块将数据发送到光纤传输到远端。
进一步地，所述数据接收器包括数据接收单元、数据解包单元，与数据解包模块相连的多个FIFO，FIFO通过串行口连接CAN控制器；
光模块从光纤接收远端的光信号数据转换为电信号数据，数据接收单元负责接收光模块数据并将数据送到数据解包单元，数据解包单元从数据帧中提取端口标签信息，根据标签信息将数据投递到对应端口的FIFO，最后串行口单元再将FIFO中的数据发送到CAN控制器。
本实用新型的有益效果是：
(1)采用CAN光端机方案，能解决CAN总线在1Mbps速率下最远传输距离小于40m的问题，将CAN总线通信距离通过光传输扩展为几十公里的传输距离；
(2)通过光纤传输信号，提高了系统的信号抗干扰能力；
(3)使远端设备和近端设备只通过1根光纤即可完成多组CAN总线网络扩展，简化了两个设备之间使用多根电缆连接的问题，避免电缆连接带来的电磁辐射、电磁屏蔽等问题；
(4)将两个光端机分别部署到远端设备和近端设备中。可以根据用户具体需求，自定义CAN总线扩展网络子网的限定范围。
附图说明
图1为本实用新型的基于光端机的CAN远距离通信系统的系统结构示意图；
图2为本实用新型的CAN控制器示意图；
图3为本实用新型的CAN网络定义示意图；
图4为本实用新型的光纤数据收发器的数据发送器示意图；
图5为本实用新型的光纤数据收发器的数据接收器发送流程示意图。
具体实施方式
本实用新型是一种将CAN总线从最大40m通信距离通过光传输扩展为几十公里的传输距离的设计，基于光端机的CAN远距离通信系统包含近端光端机和远端光端机，远端和近端光端机设计实现相同，包含硬件设计和软件设计。
通过实现CAN总线控制器，实现远端CAN总线局域网指定节点的代理功能，从而实现增加CAN总线传输距离的功能指标；通过使用光模块，将电信号转换为光信号，在光纤中传输CAN总线数据，提高CAN总线扩展网络的抗干扰能力；通过在光纤数据收发器中，集成多路数据打包发送，数据解包分发功能，使该设计支持单根光纤支持多组CAN总线网络的扩展延伸。
下面结合附图进一步说明本实用新型的技术方案。
附图1所示，本实用新型的一种基于光端机的CAN远距离通信系统，包括通过光纤连接的近端设备和远端设备，近端设备和远端设备均包括依次相连的光模块、光纤数据收发器、CAN控制器和CAN总线局域网。
近端设备和远端设备通过光纤连接，设备由光端机和CAN总线局域网组成；一个设备中可以有多个CAN总线局域网，光端机支持多个CAN总线局域网的信号传输扩展。该设计由近端光端机和远端光端机组成，近端和远端光端机配对使用，设计实现相同。主要是通过近端CAN控制器接收近端CAN总线局域网的数据，通过近端光纤数据收发器打包，依次通过光模块、光纤传输到远端光端机，再通过远端CAN控制器发送到远端CAN总线局域网。同理，远端CAN控制器接收远端CAN总线局域网的数据，通过远端光纤数据打包，依次通过光模块、光纤传输到近端，再通过近端CAN控制器发送到近端CAN总线。
该设计的核心为CAN总线光端机，CAN总线光端机包含CAN控制器、光纤数据收发器、光模块，其中CAN控制器和光纤数据收发器包含软件功能。
如图2所示，CAN控制器采用集成CAN接口的微控制器配合光耦隔离芯片和CAN收发器芯片实现硬件电路，负责监听当前CAN总线局域网的所有数据消息，根据转发策略，将需要转发的数据转发到光纤数据收发器；转发策略通过运行在微控制器上的软件实现，可以设计成局部ID映射模式和全部ID映射模式两种模式；
局部ID映射模式允许近端CAN总线局域网中指定的CAN节点和远端CAN总线局域网通信，允许远端CAN总线局域网中指定的CAN节点和近端CAN总线局域网通信；局部ID映射模式通过ID映射表进行ID记录，软件收到CAN总线局域网的数据后，解析数据中的目的ID，通过查找目的ID是否在ID映射表中，判定本次收到的数据是否需要转发到光纤数据收发器，如果目的ID在ID映射表中则转发，如果不在则不转发；
全部ID映射模式允许近端CAN总线局域网中所有的CAN节点和远端CAN总线局域网中所有的CAN节点通信，该模式中没有ID映射表，软件收到数据后直接转发给光纤数据收发器进行后续处理。
局部ID映射模式的意义在于：在近端和远端网络中建立通信子网，子网内的节点能相互通信，但不能和另外一个局域网的子网外的节点通信。如图3所示，如果采用局部ID映射，ID映射表中设置CAN节点2、CAN节点a的ID，通信子网的通信范围限制在节点2和节点a，近端局域网内的所有节点能相互通信，远端局域网内的所有节点能相互通信，节点1不能和远端局域网通信，节点b不能和近端局域网通信。
光纤数据收发器是光端机的核心模块，所有和对端光端机交互的数据通过光纤数据收发器打包统一处理进行收发，光纤数据收发器包含数据发送器和数据接收器，数据发送器和数据接收器均对外连接多个CAN控制器。
如图4所示，数据发送器包括数据发送模块，与数据发送模块相连的多个数据打包单元，每个数据打包单元分别连接FIFO和端口标签模块，FIFO通过串行口连接CAN控制器；
CAN控制器数据经过串行口进入FIFO缓存，当缓存的数据超过最大等待时间或者数据量大于数据打包最大帧长度时，触发数据打包动作，FIFO缓存的数据开始输出到数据打包单元，并通过端口标签模块填充端口标签信息和通信帧头帧尾校验信息；端口标签信息用于接收时将数据恢复到对应串行口；数据打包完成后送到数据发送模块，数据发送模块通过电信号接口将数据发送给光模块，光模块将数据发送到光纤传输到远端。
如图5所示，数据接收器包括数据接收单元、数据解包单元，与数据解包模块相连的多个FIFO，FIFO通过串行口连接CAN控制器；
光模块从光纤接收远端的光信号数据转换为电信号数据，数据接收单元负责接收光模块数据并将数据送到数据解包单元，数据解包单元从数据帧中提取端口标签信息，根据标签信息将数据投递到对应端口的FIFO，最后串行口单元再将FIFO中的数据发送到CAN控制器。
数据发送器和数据接收器都使用了FIFO，FIFO的作用是用来协调CAN控制器数据收发速度和光模块数据收发速度不相等的问题。在设计规划时，需要考虑到光端机所有的CAN控制器数据传输速度之和不能大于光纤有效传输带宽。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于光端机的CAN远距离通信系统，其特征在于，包括通过光纤连接的近端设备和远端设备，近端设备和远端设备均包括依次相连的光模块、光纤数据收发器、CAN控制器和CAN总线局域网。
2.根据权利要求1所述的一种基于光端机的CAN远距离通信系统，其特征在于，所述CAN控制器采用集成CAN接口的微控制器配合光耦隔离芯片和CAN收发器芯片实现硬件电路，负责监听当前CAN总线局域网的所有数据消息，将数据转发到光纤数据收发器。
3.根据权利要求1所述的一种基于光端机的CAN远距离通信系统，其特征在于，所述光纤数据收发器包含数据发送器和数据接收器，数据发送器和数据接收器均对外连接多个CAN控制器。
4.根据权利要求3所述的一种基于光端机的CAN远距离通信系统，其特征在于，所述数据发送器包括数据发送模块，与数据发送模块相连的多个数据打包单元，每个数据打包单元分别连接FIFO和端口标签模块，FIFO通过串行口连接CAN控制器；
CAN控制器数据经过串行口进入FIFO缓存，当缓存的数据超过最大等待时间或者数据量大于数据打包最大帧长度时，触发数据打包动作，FIFO缓存的数据开始输出到数据打包单元，并通过端口标签模块填充端口标签信息和通信帧头帧尾校验信息；端口标签信息用于接收时将数据恢复到对应串行口；数据打包完成后送到数据发送模块，数据发送模块通过电信号接口将数据发送给光模块，光模块将数据发送到光纤传输到远端。
5.根据权利要求3所述的一种基于光端机的CAN远距离通信系统，其特征在于，所述数据接收器包括数据接收单元、数据解包单元，与数据解包模块相连的多个FIFO，FIFO通过串行口连接CAN控制器；
光模块从光纤接收远端的光信号数据转换为电信号数据，数据接收单元负责接收光模块数据并将数据送到数据解包单元，数据解包单元从数据帧中提取端口标签信息，根据标签信息将数据投递到对应端口的FIFO，最后串行口单元再将FIFO中的数据发送到CAN控制器。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114039809A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-02-11 | 成都奥瑞科电子科技有限公司 | 一种基于光端机的can远距离通信系统 |
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