CN105587421B - 基于多can通信协议实现柴油机调速控制的***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***及方法，该装置包括总线接口单元、含有对应多种CAN通信协议的多个协议模块的CAN协议解析单元、以及用于执行基于CAN通信协议通信的CAN通信单元，CAN协议解析单元的一端通过总线接口单元与机车主控制***连接，另一端通过CAN通信单元与柴油机的电喷控制***连接，CAN协议解析单元调用协议模块对机车主控制***与柴油机的电喷控制***之间的通信数据进行解析以执行所需类型的CAN通信；该方法通过控制柴油机调速控制***实现柴油机的调速控制；本发明具有结构简单、所需成本低、能够基于多种CAN通信协议实现柴油机的调速控制且控制效率高的优点。

Description

基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***及方法

技术领域

本发明涉及柴油机控制技术领域，尤其涉及一种基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***及方法。

背景技术

传统的柴油机步进电机调速控制***如图1所示，具体是通过驱动安装在柴油机上的步进电机来控制柴油机联合调节器，实现调节柴油机转速的功能，步进电机调速控制***不适用于电控柴油机，因而已逐渐被电喷控制技术替代。柴油机的电喷控制技术中，是由电喷控制器通过基于CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）通信协议与内燃机车中机车主控制***等其它部件进行数据交换来具体实现对柴油机的调速控制，机车主控制***只需给出相应的控制命令即可。

CAN通信是柴油机***与整车控制***进行大数据交换的主要通信方式，如图2所示，电控柴油机调速控制***中电喷控制是基于一个CAN内部通信网络，由该通信网络实现主控***对网络内所有子板***的CAN通信功能。但CAN通信网络是内部网络，不同柴油机所采用的CAN通信协议可能并不一致，因而采用上述基于电喷控制的柴油机调速控制***，无法对接各种国际标准CAN通信协议的柴油机，适用范围受限，且同时使得机车主控制***对柴油机的调速功能还需要随CAN通信协议的变化而进行更改设置，不便于实际使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、所需成本低、能够基于多种CAN通信协议实现柴油机的调速控制且控制效率高的基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***及方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***，包括总线接口单元、含有对应多种CAN通信协议的多个协议模块的CAN协议解析单元、以及用于执行基于CAN通信协议通信的CAN通信单元，所述CAN协议解析单元的一端通过所述总线接口单元与机车主控制***连接，另一端通过所述CAN通信单元与柴油机的电喷控制***连接，所述CAN协议解析单元调用所述协议模块对机车主控制***与柴油机的电喷控制***之间基于CAN通信协议的数据进行解析。

作为本发明***的进一步改进：所述总线接口单元包括相互连接的双口RAM模块以及总线驱动模块，所述双口RAM模块通过双口RAM接收、发送两路基于CAN通信协议的通信数据。

作为本发明***的进一步改进：所述CAN通信单元包括两路CAN通信通路，每路所述CAN通信通路均包括相互连接的CAN控制器以及CAN通信接口。

作为本发明***的进一步改进：还包括用于根据机车主控制***的控制信号输出电流信号给机车电喷控制***的电流信号输出单元，所述电流信号输出单元与所述CAN协议解析单元连接。

作为本发明***的进一步改进：所述电流信号输出单元包括依次连接的D/A转换模块、用于执行隔离以及运算放大的隔离运放模块以及用于将电压信号转换为电流信号的电压电流转换模块。

作为本发明***的进一步改进：还包括用于根据机车主控制***的控制信号输出PWM信号给机车电喷控制***的PWM信号输出单元，所述PWM信号输出单元与所述总线接口单元连接；所述PWM信号输出单元包括依次连接的PWM信号采集模块、光耦隔离模块以及驱动输出模块。

作为本发明***的进一步改进：所述CAN协议解析单元包括用于执行解析的单片机电路以及用于执行逻辑控制的CPLD电路。

本发明进一步提供利用上述柴油机调速控制***的方法，该方法包括：对目标柴油机进行调速控制时，所述CAN协议解析单元接收机车主控制***输出的控制数据，根据所需执行的CAN通信协议类型调用对应的协议模块对接收到的控制数据进行解析，解析得到的控制数据发送至目标柴油机的电喷控制***；目标柴油机的电喷控制***实时输出运行数据，所述CAN协议解析单元接收所述运行数据，并调用对应的协议模块对接收到的运行数据进行解析后反馈给机车主控制***。

作为本发明方法的进一步改进，所述对接收到的控制数据进行解析具体为：通过所述总线接口单元中双口RAM模块接收两路控制数据，分别调用对应的协议模块对两路所述控制数据进行解析，解析得到的控制数据分别通过所述CAN通信单元中一路或两路CAN通信通路进行发送；所述对接收到的运行数据进行解析具体为：通过所述CAN通信单元中两路CAN通信通路接收一路或两路运行数据，调用对应的协议模块对所述运行数据进行解析，解析得到的运行数据通过所述双口RAM模块进行发送。

作为本发明方法的进一步改进：所述进行解析时具体通过读取所述双口RAM模块中双口RAM的配置信息区，获取得到包括通信方式以及待解析数据信息的配置信息，所述通信方式包括所需采用的所述CAN通信通路以及CAN通信协议类型，根据获取的所述配置信息通过所述双口RAM的数据区接收、发送两路数据。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***及方法，可以在机车主控制***、电喷控制***为通信节点的CAN通信网络中，对接多种柴油机CAN通信协议进行解析，机车主控制***只需做相应的配置工作即可实现与不同柴油机的电喷控制***的数据通信，从而可以适用于多种类型柴油机进行调速及恒功率控制，使柴油机在满足需求的情况下运行在最经济的状态，且无需基于通信协议更改机车主控制***的调速功能，控制操作简便且控制效率高；

2）本发明基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***及方法，可以获取机车主控制***的控制数据并按照所需CAN通信方式输出给电喷控制***，从而实现对柴油机的具体控制功能；同时使得机车控制***还可以通过CAN通信获取柴油机反馈的运行参数、故障参数等运行数据，因而可以更好的发挥柴油机功能，确保柴油机控制功能稳定可靠，实现整车的最优控制；

3）本发明基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***及方法，进一步通过双口RAM实时交换机车主控制***与柴油机电喷控制***的数据，相比较CAN通信的数据更新周期，基于双口RAM可以实现更快的数据周期更新；对双口RAM的配置信息区进行参数设置后，通过读取配置信息区即可自动识别所需的通信方式以及所需通信的数据，以实现按照所需执行的CAN通信协议类型实时交换数据区数据；

4）本发明基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***及方法，进一步通过两路CAN通信电路可以相互实现冗余通信或执行两种不同CAN通信协议的通信方式，使得不仅可以应用在内燃机车上，也可以应用在轨道工程车上；

5）本发明基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***及方法，进一步通过与机车主控制***、电喷控制***之间的通信数据并行采集电流信号提供给电喷控制***，结合重要的电流信号来调节实现柴油机的调速控制，可以实现对通信数据的冗余备份，同时进一步提高对柴油机调速控制的可靠性；通过输出电流信号还可以驱动机车上其他设备进行管路控制，从而实现机车电路的逻辑功能。

6）本发明基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***及方法，进一步通过与机车主控制***、电喷控制***之间的通信数据并行采集PWM信号提供给电喷控制***，结合重要的PWM信号调节实现柴油机的调速控制，进一步确保柴油机调速控制的稳定、可靠性。

附图说明

图1是传统的柴油机调速控制***的结构示意图。

图2是传统的电控柴油机调速控制中CAN通信的实现原理示意图。

图3是本实施例基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***的结构示意图。

图4是本实施例实现柴油机调速控制的原理示意图。

图5是本实施例中双口RAM的区域划分原理示意图。

图6是本实施例中CAN通信数据解析的具体实现流程示意图。

图例说明：1、总线接口单元；11、双口RAM模块；12、总线驱动模块；2、CAN协议解析单元；3、CAN通信单元；4、电流信号输出单元；41、D/A转换模块；42、隔离运放模块；43、电压电流转换模块；5、PWM信号输出单元。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图3、4所示，本实施例基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***，包括总线接口单元1、含有对应多种CAN通信协议的多个协议模块的CAN协议解析单元2、以及用于执行基于CAN通信协议通信的CAN通信单元3，CAN协议解析单元2的一端通过总线接口单元1与机车主控制***连接，另一端通过CAN通信单元3与柴油机的电喷控制***连接，CAN协议解析单元2调用协议模块对机车主控制***与柴油机的电喷控制***之间的通信数据进行解析以执行所需类型CAN通信协议的通信，其中总线接口单元1、CAN协议解析单元2以及CAN通信单元3之间均分别通过总线连接。本实施例具体由机车主控制***给定柴油机调速参数，CAN通信过程由本实施例上述柴油机调速控制***执行，可以实现不同电喷控制器所需CAN通信协议的解析，从而基于CAN通信实现柴油机调速控制，使得柴油机调速满足机车运行需求。

对目标柴油机执行调速控制时，由机车主控制***根据调速设置输出控制数据，CAN协议解析单元2通过总线接口单元1接收机车主控制***输出的控制数据，并根据所需CAN通信协议类型调用对应的协议模块对控制数据进行解析，解析得到的控制数据通过CAN通信单元3发送给目标柴油机的电喷控制***；目标柴油机的电喷控制***根据控制数据控制柴油机运行，并将运行数据输出给CAN协议解析单元2，CAN协议解析单元2通过CAN通信单元3接收运行数据，根据所需CAN通信协议类型调用对应的协议模块对运行数据进行解析后，通过总线接口单元1反馈给机车主控制***，机车主控制***再根据反馈的运行数据调节所输出的控制数据。

本实施例采用上述结构，可以在机车主控制***、电喷控制***为通信节点的CAN通信网络中，对接多种CAN通信协议进行解析，实现机车主控制***的控制数据以及柴油机运行数据的传输，从而机车主控制***只需做相应的配置工作即可实现与不同柴油机的电喷控制***的数据通信，可以适用于多种类型柴油机进行调速及恒功率控制，使柴油机在满足需求的情况下运行在最经济的状态，且无需基于通信协议更改机车主控制***的调速功能，控制操作简便且控制效率高。

本实施例采用上述结构，可以获取机车主控制***的控制数据并按照所需CAN通信方式输出给电喷控制***，从而实现对柴油机的具体控制功能；同时使得机车控制***还可以通过CAN通信获取柴油机反馈的运行参数、故障参数等运行数据，因而可以更好的发挥柴油机功能，确保柴油机控制功能稳定可靠，实现整车的最优控制。

本实施例中，总线接口单元1包括相互连接的双口RAM（Random Access Memory，随机存储器）模块11以及总线驱动模块12，双口RAM模块11通过双口RAM接收、发送两路基于CAN通信协议的通信数据，通信数据经总线驱动模块12的驱动后与外部总线进行通信。通过双口RAM可以实现两个独立的***同时对存储器进行随机访问，本实施例通过设置双口RAM实时交换机车主控制***与柴油机电喷控制***的数据，其中机车主控制***的数据直接接入双口RAM，柴油机电喷控制***的数据则通过CAN通信输入，再经过解析后将解析的数据接入双口RAM，相比较CAN通信的数据更新周期，基于双口RAM可以实现更快的数据周期更新。本实施例总线接口单元1具体通过对外插头与外部总线连接。

如图5所示，本实施例中将双口RAM具体划分为配置信息区以及双通道数据区，在配置信息区中包含通信方式、通信数据ID号、通信数据大小等信息，其中通信方式包括所需采用CAN通信协议类型；数据区为通信的内容，具体包括两路数据发送、接收区，数据发送、接收区中具体为机车主控制***发送的控制数据或电喷控制器返回的运行数据，其中运行数据可为运行参数、故障信息等，每路数据发送区通过标志位进行控制，以保证数据交换过程的执行。对双口RAM的配置信息区进行参数设置后，通过读取配置信息区即可自动识别所需的通信方式以及所需通信的数据，以实现按照所需执行的CAN通信协议类型实时交换数据区数据。

如图3所示，本实施例中CAN通信单元3具体包括两路CAN通信通路，每路CAN通信通路均包括相互连接的CAN控制器以及CAN通信接口。本实施例两路CAN通信通路具体包括A、B两路通信通路，通信通路模式通过双口RAM的配置信息区进行配置，包括双路通信、A路通信或B路通信，即双口RAM的配置信息区中通信方式具体包括所需采用的CAN通信通路以及CAN通路协议类型，以确定执行双通道通信或单通道通信以及执行通信的CAN通信通道需要采用何种通信协议，从而通过两路CAN通信电路可以相互实现冗余通信或执行两种不同CAN通信协议的通信方式，使得不仅可以应用在内燃机车上，也可以应用在轨道工程车上。本实施例CAN通信控制器具体采用SJA1000型CAN通信控制器，每路CAN通信具体通过两路包含光耦隔离和总线驱动器的接口电路与外部CAN接口相连。

本实施例CAN协议解析单元2中协议模块包括标准的J1939协议模块、标准的CanOpen协议模块以及用户自定义的CAN协议模块，如图6所示，CAN协议解析单元2执行解析时，完成初始化操作后，首先读取双口RAM的配置区信息，获取得到通信方式、通信数据ID号、通信数据大小等信息，对于CAN通信单元3中两路CAN通信通路，若需同时执行双路通信，分别为双路通信调用所需的协议模块（标准的J1939协议模块或标准的CanOpen协议模块或用户自定义的CAN协议模块），若需执行A路或B路通信，则相应的调用所需的协议模块，CAN协议解析单元2通过中断方式获取双口RAM中数据或将处理后数据发送给双口RAM，对中断缓存区的数据具体根据调用的协议模块进行处理。

本实施例中，还包括用于根据机车主控制***的控制信号输出电流信号给电喷控制***的电流信号输出单元4，电流信号输出单元4与CAN协议解析单元2连接。电流信号输出单元4具体通过双口RAM接收机车主控制***给定的电流值，形成电流信号后输出给电喷控制***，以作为电流驱动信号驱动柴油机调速。电流信号为柴油机的重要信号，通过与机车主控制***、电喷控制***之间通信数据并行采集电流信号提供给电喷控制***，由电流调节实现调速，可以实现对通信数据的冗余备份，同时进一步提高对柴油机调速控制的可靠性；通过输出电流信号还可以驱动机车上其他设备进行管路控制，例如驱动电磁阀，从而实现机车电路的逻辑功能。本实施例具体设置4路电流通道，输出4路电流信号给柴油机电喷控制***。

本实施例中，电流信号输出单元4包括依次连接的D/A转换模块41、用于执行隔离以及运算放大的隔离运放模块42以及用于将电压信号转换为电流信号的电压电流转换模块43。本实施例具体采集4路CAN协议解析单元2根据机车主控制***给定的电流值输出的0-2.5V电压信号，由D/A转换模块41转换为模拟信号，经隔离运放模块42进行隔离、放大后输出给电压电流转换模块43执行V/I转换，得到4路0~20mA的电流信号。

本实施例中，还包括用于根据机车主控制***的控制信号输出PWM信号给电喷控制***的PWM信号输出单元5，PWM信号输出单元5与总线接口单元1连接。将柴油机信号中重要的PWM信号提供给电喷控制***，可以基于PWM信号实现调速控制，进一步确保柴油机调速控制的稳定、可靠性。

本实施例中，PWM信号输出单元5包括依次连接的PWM信号采集模块、光耦隔离模块以及驱动输出模块。PWM信号由机车主控制***的CPU产生，经整形驱动后送给光耦隔离模块进行隔离，驱动输出模块将隔离输出的PWM信号驱动输出，其中驱动输出模块具体采用三极管对管进行推拉输出。隔离后所需的电源不同，本实施例还设置有电源转换电路，用于从外接入24V电压经线性变换得到5V的电压输出，光耦隔离模块和驱动输出模块的电源即由电源转换电路提供。

本实施例中，CAN协议解析单元2包括用于执行解析的单片机电路以及用于执行逻辑控制的CPLD电路。参见图3，本实施例具体采用Atmega128单片机，单片机具体处理各种资源调度，并通过中断资源实现对CAN通信数据的解析处理，单片机对CAN控制器进行读写控制并建立CAN通信接口；CPLD电路具体实现片选和控制信号等的逻辑译码、***时序配合以及信号分频等功能，具体包括①机车主控制***的CPU对双口RAM的读写逻辑控制；②机车主控制***的CPU对CAN控制器的读写逻辑控制；③机车主控制***的CPU对D/A转换的逻辑控制。采集电流信号时，由单片机发出命令，分两次分别输出8位数据送入单片机芯片，由CPLD再转换为12位数据输出给D/A转换模块41。本实施例调速***还设置有与两路CAN控制器连接的硬件WATCHDOG，两路CAN控制器以及单片机均连接有晶振以产生时钟信号。

本实施例进一步提供一种利用上述柴油机调速控制***的方法，该方法包括：对目标柴油机进行调速控制时，CAN协议解析单元2接收机车主控制***输出的控制数据，根据所需执行的CAN通信协议类型调用对应的协议模块对接收到的控制数据进行解析，解析得到的控制数据发送至目标柴油机的电喷控制***；目标柴油机的电喷控制***实时输出运行数据，CAN协议解析单元2接收运行数据，并调用对应的协议模块对接收到的运行数据进行解析后反馈给机车主控制***。

本实施例中，对接收到的控制数据进行解析具体为：通过总线接口单元1中双口RAM模块11接收两路控制数据，分别调用对应的协议模块对两路控制数据进行解析，解析得到的控制数据分别通过CAN通信单元3中一路或两路CAN通信通路进行发送，解析的具体流程如图6所示。对接收到的运行数据进行解析具体为：通过CAN通信单元3中CAN通信通路接收一路或两路运行数据，调用对应的协议模块对运行数据进行解析，解析得到的运行数据分别通过双口RAM模块11进行发送。

本实施例中，进行解析时，具体通过读取双口RAM模块11中双口RAM的配置信息区，获取得到包括通信方式以及待解析数据信息的配置信息，通信方式包括所需采用的所述CAN通信通路以及CAN通信协议类型，根据获取的配置信息通过双口RAM的数据区接收、发送两路数据，其中双口RAM区域划分具体如图5所示。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***，其特征在于：包括总线接口单元（1）、含有对应多种CAN通信协议的多个协议模块的CAN协议解析单元（2）、以及用于执行基于CAN通信协议通信的CAN通信单元（3），所述CAN协议解析单元（2）的一端通过所述总线接口单元（1）与机车主控制***连接，另一端通过所述CAN通信单元（3）与柴油机的电喷控制***连接，所述CAN协议解析单元（2）调用所述协议模块对机车主控制***与柴油机的电喷控制***之间的通信数据进行解析以执行所需类型的CAN通信。

2.根据权利要求1所述的基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***，其特征在于：所述总线接口单元（1）包括相互连接的双口RAM模块（11）以及总线驱动模块（12），所述双口RAM模块（11）通过双口RAM接收、发送两路基于CAN通信协议的通信数据。

3.根据权利要求2所述的基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***，其特征在于：所述CAN通信单元（3）包括两路CAN通信通路，每路所述CAN通信通路均包括相互连接的CAN控制器以及CAN通信接口。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***，其特征在于：还包括用于根据机车主控制***的控制信号输出电流信号给电喷控制***的电流信号输出单元（4），所述电流信号输出单元（4）与所述CAN协议解析单元（2）连接。

5.根据权利要求4所述的基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***，其特征在于：所述电流信号输出单元（4）包括依次连接的D/A转换模块（41）、用于执行隔离以及运算放大的隔离运放模块（42）以及用于将电压信号转换为电流信号的电压电流转换模块（43）。

6.根据权利要求1或2或3所述的基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***，其特征在于：还包括用于根据机车主控制***的控制信号输出PWM信号给电喷控制***的PWM信号输出单元（5），所述PWM信号输出单元（5）与所述总线接口单元（1）连接；所述PWM信号输出单元（5）包括依次连接的PWM信号采集模块、光耦隔离模块以及驱动输出模块。

7.根据权利要求1或2或3所述的基于多CAN通信协议实现柴油机调速控制的***，其特征在于：所述CAN协议解析单元（2）包括用于执行解析的单片机电路以及用于执行逻辑控制的CPLD电路。

8.利用权利要求1～7中任意一项所述的实现柴油机调速控制的***的方法，其特征在于，该方法包括：对目标柴油机进行调速控制时，所述CAN协议解析单元（2）接收机车主控制***输出的控制数据，根据所需执行的CAN通信协议类型调用对应的协议模块对接收到的控制数据进行解析，解析得到的控制数据发送至目标柴油机的电喷控制***；目标柴油机的电喷控制***实时输出运行数据，所述CAN协议解析单元（2）接收所述运行数据，并调用对应的协议模块对接收到的运行数据进行解析后反馈给机车主控制***。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对接收到的控制数据进行解析具体为：通过所述总线接口单元（1）中双口RAM模块（11）接收两路控制数据，分别调用对应的协议模块对两路所述控制数据进行解析，解析得到的控制数据分别通过所述CAN通信单元（3）中两路或一路CAN通信通路进行发送；所述对接收到的运行数据进行解析具体为：通过所述CAN通信单元（3）中两路CAN通信通路接收一路或两路运行数据，调用对应的协议模块对所述运行数据进行解析，解析得到的运行数据通过所述双口RAM模块（11）进行发送。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述进行解析时具体通过读取所述双口RAM模块（11）中双口RAM的配置信息区，获取得到包括通信方式以及待解析数据信息的配置信息，所述通信方式包括所需采用的所述CAN通信通路以及CAN通信协议类型，根据获取的所述配置信息通过所述双口RAM的数据区接收、发送两路数据。