CN104270306A - 一种具有多通道can总线通讯的网关控制器 - Google Patents

一种具有多通道can总线通讯的网关控制器 Download PDF

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陈治国
邱旭阳
吴庆勋
聂光玮
王雷
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Abstract

本发明公开了一种具有多通道CAN总线通讯的网关控制器，包括：CPU（1）、电源电路（5）、双冗余CAN总线电路（4）、核心处理模块（6）、双冗余总线通信模块（7）、电子继电器开关（2）和光电隔离器（3）。网关控制器通过双冗余CAN总线电路（4）实现与多CAN子网控制设备进行数据交换；也通过光电隔离器（3）采集各种形式的开关量信号，核心处理模块（6）进行数据采集、逻辑运算和诊断分析得出控制要求；通过电子继电器开关（2）实现对被控设备的控制。本控制器是一种针对汽车、特种车辆、工程机械等户外装备的多CAN总线子网***组网的关键设备，每组CAN网络使用2条CAN总线来实现双冗余通讯，解决一般网关控制器可靠性差且功能单一的问题。

Description

一种具有多通道CAN总线通讯的网关控制器
技术领域
本发明涉及一种网关控制器，特别是一种具有多通道CAN总线通讯的网关控制器。
背景技术
    目前，CAN总线不仅在汽车、工程机械领域，而且在工业控制领域也得到广泛的应用，如工业现场控制、小区安防等。由于大多数工程机械车辆上CAN总线通讯设备数量多,用于多路CAN子网的CAN网关控制器成为CAN总线组网的关键设备之一。基于LPC2294的汽车CAN总线网关控制器主要包括CPU、存储器、CAN总线电路、电源、初始化模块和CAN总线通信模块。该网关控制器主要用于2条CAN总线之间的数据交互，该网关控制器缺陷是2组CAN网络分别只使用了一条CAN总线，存在一定的不可靠因素，同时功能单一，不具有其它输入输出功能。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有多通道双冗余CAN总线通讯的网关控制器,解决一般网关控制器可靠性差且功能单一的问题。
一种具有多通道CAN总线通讯的网关控制器，包括：CPU、电源电路和双冗余CAN总线电路,还包括：电子继电器开关、光电隔离器、核心处理模块和双冗余总线通信模块。
双冗余CAN总线电路、电子继电器开关、光电隔离器和电源电路均与CPU连接。核心处理模块、双冗余总线通信模块均置于CPU中。核心处理模块的功能为：实现网关控制器各接口初始化、各种任务调度管理、开关量数据采集处理和开关量输出控制；双冗余总线通信模块的功能为：实现CAN总线初始化、双冗余CAN处理机制设置、双冗余CAN总线数据接收及双冗余CAN总线数据发送。
网关控制器通过双冗余CAN总线电路实现多路双冗余CAN总线通讯，与多CAN子网控制设备进行数据交换，在某组CAN总线通讯中有一条CAN总线出现故障时，能自动切换到另一条CAN总线进行数据交换；也通过光电隔离器采集各种形式的开关量信号，核心处理模块进行数据采集、逻辑运算和诊断分析得出控制要求；通过电子继电器开关实现对被控设备的控制，以达到控制被控设备进行预定动作的目的；同时双冗余总线通信模块将当前状态通过CAN总线发送给上位机显示。被控设备的控制策略、保护逻辑、数据分析和故障诊断功能全都在核心处理模块中实现。
在网关控制器的工作过程中，CPU是网关控制器的核心，电源电路为网关控制器提供正常工作所需的直流电压，光电隔离器、电子继电器开关和双冗余CAN总线电路作为网关控制器的***电路，均由所述CPU实现控制。CPU采用高性能的16位单片机，主频可达80M，CPU内置836KB的FLASH；具有6个独立的CAN通信接口，支持6个串行通信接口；具有24通道10位模拟量到数字量转换通道；具有16通道的比较捕获单元，实现PWM信号的输出。
电源电路采用车辆电池供电，额定24V，在18 VDC～30VDC能正常工作，最高耐压达36V。根据***需要，外部直流电源进入网关控制器后，电源电路中的5V电源转换电路产生5V电源，作为控制器的参考电源及***电源。
CPU通过自带信号输出管脚控制电子继电器开关，实现开关量输出，电子继电器开关最大输出电流达3A。CPU通过光电隔离器对外部开关量信号进行动态读取，从而实现开关量输入，光电隔离器输入通道数量可达42路。
CPU与双冗余CAN总线电路中的CAN驱动器间通过双冗余CAN总线电路中的隔离放大器实现隔离，CAN驱动器采用通用型CAN总线驱动芯片,速度达1MBaud，同时使用CPU的Gateway功能实现2条CAN总线的双冗余通信功能。
本发明是一种针对汽车、特种车辆、工程机械等户外装备的多CAN总线子网***组网的关键设备。本网关控制器具有多通道双冗余CAN总线通讯能力，通过使用本网关控制器可以降低一般网关控制器可靠性差且功能单一的缺点。
附图说明
图1 一种具有多通道CAN总线通讯的网关控制器的组成框图；
图2 一种具有多通道CAN总线通讯的网关控制器中CAN总线电路原理组成框图；
图3 一种具有多通道CAN总线通讯的网关控制器中电源组成原理图。
1.CPU  2.电子继电器开关  3.光电隔离器  4.双冗余CAN总线电路  5.电源电路  6.核心处理模块  7.双冗余总线通信模块。
具体实施方式
一种具有多通道CAN总线通讯的网关控制器，包括：CPU1、电源电路5和双冗余CAN总线电路4，还包括：电子继电器开关2、光电隔离器3、核心处理模块6和双冗余总线通信模块7。所述双冗余CAN总线电路4，包括：隔离放大器和CAN驱动器；所述电源电路5，包括：开关和DC/DC转换芯片。
双冗余CAN总线电路4、电子继电器开关2、光电隔离器3和电源电路5与CPU1连接。
核心处理模块6、双冗余总线通信模块7均置于CPU中。核心处理模块6的功能为：实现控制器各接口初始化、各种任务调度管理、开关量数据采集处理和开关量输出控制；双冗余总线通信模块7的功能为：双冗余CAN处理机制设置、双冗余CAN总线数据接收及双冗余CAN总线数据发送。
作为CAN总线组网的关键设备，网关控制器通过双冗余CAN总线电路4实现多路CAN总线通讯，与多CAN子网控制设备进行数据交换，在某组CAN总线通讯中有一条CAN总线出现故障时，能自动切换到另一条CAN总线进行数据交换；也通过光电隔离器3采集各种形式的开关量信号，核心处理模块6进行数据采集、逻辑运算和诊断分析得出控制要求；通过电子继电器开关2实现对被控设备的控制，以达到控制被控设备进行预定动作的目的；同时，双冗余总线通信模块7将当前状态通过CAN总线发送给上位机显示。被控设备的控制策略、保护逻辑、数据分析和故障诊断功能全都在核心处理模块6中实现。
在网关控制器的工作过程中，CPU1是网关控制器的核心，电源电路5为网关控制器提供正常工作所需的直流电压，电子继电器开关2、光电隔离器3和双冗余CAN总线电路4作为网关控制器的***电路，均由CPU1实现控制。
CPU1采用高性能的16位单片机，主频可达80M，CPU内置836KB的FLASH；具有6个独立的CAN通信接口，支持6个串行通信接口；具有24通道10位模拟量到数字量转换通道；具有16通道的比较捕获单元，实现PWM信号的输出。
电源电路5采用车辆电池供电，额定24V，在18 VDC～30VDC能正常工作，最高耐压达36V。根据***需要，外部直流电源进入网关控制器后，再通过电源电路5中的5V电源转换电路产生5V电源，作为控制器的参考电源及***电源。
CPU1通过自带信号输出管脚控制电子继电器开关2，实现开关量输出，开关量输出电路最大输出电流达3A。
CPU1通过光电隔离器对外部开关量信号进行动态读取，从而实现开关量输入，开关量输入通道数量可达42路。
CPU1与双冗余CAN总线电路4中的CAN驱动器间通过双冗余CAN总线电路4中的隔离放大器实现隔离，CAN驱动器采用通用型CAN总线驱动芯片,速度达1MBaud，同时使用CPU的Gateway功能实现2条CAN总线的双冗余通信功能。

Claims (1)

1.一种具有多通道CAN总线通讯的网关控制器，包括：CPU（1）、电源电路（5）和双冗余CAN总线电路（4）,其特征在于还包括：电子继电器开关（2）、光电隔离器（3）、核心处理模块（6）和双冗余总线通信模块（7）；
双冗余CAN总线电路（4）、电子继电器开关（2）、光电隔离器（3）和电源电路（5）均与CPU（1）连接；核心处理模块（6）、双冗余总线通信模块（7）均置于CPU（1）中；核心处理模块（6）的功能为：实现网关控制器各接口初始化、各种任务调度管理、开关量数据采集处理和开关量输出控制；双冗余总线通信模块（7）的功能为：实现CAN总线初始化、双冗余CAN处理机制设置、双冗余CAN总线数据接收及双冗余CAN总线数据发送；
网关控制器通过双冗余CAN总线电路（4）实现多路双冗余CAN总线通讯，与多CAN子网控制设备进行数据交换，在某组CAN总线通讯中有一条CAN总线出现故障时，能自动切换到另一条CAN总线进行数据交换；也通过光电隔离器（3）采集各种形式的开关量信号，核心处理模块（6）进行数据采集、逻辑运算和诊断分析得出控制要求；通过电子继电器开关（2）实现对被控设备的控制，以达到控制被控设备进行预定动作的目的；同时双冗余总线通信模块（7）将当前状态通过CAN总线发送给上位机显示；被控设备的控制策略、保护逻辑、数据分析和故障诊断功能全都在核心处理模块（6）中实现；
在网关控制器的工作过程中，CPU（1）是网关控制器的核心，电源电路（5）为网关控制器提供正常工作所需的直流电压，光电隔离器（3）、电子继电器开关（2）和双冗余CAN总线电路（4）作为网关控制器的***电路，均由所述CPU（1）实现控制；CPU（1）采用高性能的16位单片机，主频达80M，CPU（1）内置836KB的FLASH；具有6个独立的CAN通信接口，支持6个串行通信接口；具有24通道10位模拟量到数字量转换通道；具有16通道的比较捕获单元，实现PWM信号的输出；
电源电路（5）采用车辆电池供电，额定24V，在18 VDC～30VDC正常工作，最高耐压达36V；根据***需要，外部直流电源进入网关控制器后，电源电路（5）中的5V电源转换电路产生5V电源，作为控制器的参考电源及***电源；
CPU（1）通过自带信号输出管脚控制电子继电器开关（2），实现开关量输出，电子继电器开关（2）最大输出电流达3A；CPU（1）通过光电隔离器（3）对外部开关量信号进行动态读取，从而实现开关量输入，光电隔离器（3）输入通道数量达42路；
CPU（1）与双冗余CAN总线电路（4）中的CAN驱动器间通过双冗余CAN总线电路（4）中的隔离放大器实现隔离，CAN驱动器采用通用型CAN总线驱动芯片,速度达1MBaud，同时使用CPU（1）的Gateway功能实现2条CAN总线的双冗余通信功能。
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