CN1888920A - 一种测试can总线抗电磁干扰能力的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种测试CAN总线抗电磁干扰能力的方法，用金属导线连接被测CAN总线电子控制装置[21]的CAN总线接口和CAN总线终端[I]的CAN总线接口，使CAN电子控制装置[21]与的CAN总线终端[I]之间通过CAN总线进行信息交互，电磁干扰耦合装置将电磁干扰信号施加到CAN总线的金属导线上，再利用CAN总线终端的通信故障监测功能判断在规定的时间范围内是否产生通信故障，以此评价CAN总线电子控制装置[21]的抗电磁干扰能力。应用该方法的装置中包括具有CAN总线通信故障监测功能的CAN总线终端[I]，CAN总线终端[I]有与被测CAN总线电子控制装置[21]的CAN总线物理层相同的CAN总线物理层，即相同型号的CAN总线收发器，按照相同的CAN总线收发器电路原理及相同的印刷电路板设计规则设计的CAN总线物理层。

Description

一种测试CAN总线抗电磁干扰能力的方法和装置

所属技术领域

本发明涉及测试CAN总线抗电磁干扰能力的方法和装置。

背景技术

CAN总线是实施电子装置之间信息交换的一种串行通信方式，其方法是，利用金属线分别连接各个电子装置中CAN通信接口电路的输入输出信号端，构成基于总线的数据通信网络，完成电子装置之间的信息交换。

由于CAN总线是利用金属导线作为数据传输的通信介质，它在传输数据过程中同时也接收各种电磁干扰，并将其接收的电磁干扰传送到与其相连接的各个电子装置中，干扰电子装置的正常工作。让电子控制装置能承受一定强度由CAN总线传输过来的干扰，是保证电子装置在一定电磁干扰环境中可靠运行的重要因素之一；而测试电子控制装置中CAN总线的抗电磁干扰能力，则是评价电子控制装置抗电磁干扰能力的重要手段之一。

目前现有测量电子控制装置中CAN总线的电磁兼容性的方法是：利用金属导线连接被测试电子控制装置的CAN总线接口和通用CAN总线测试工具的CAN总线接口构成CAN总线通信***，使被测试电子控制装置与通用CAN总线测试工具之间通过CAN总线进行CAN信息交互，然后通过特定的方法将电磁干扰信号施加到CAN总线的金属导线上，并利用通用CAN总线测试工具统计单位时间里CAN总线通信故障的数量来评价电子控制装置CAN总线的抗电磁干扰能力。

图1是现有技术测量非电源线引入的电磁干扰的抗电磁干扰能力的结构方框图，它由被测电子控制装置11、引入电磁干扰的非电源线12、电磁干扰耦合装置13、电磁干扰输出信号线14、电磁干扰发生器15和辅助设备16组成。其中被测电子控制装置11是被测试的电子控制装置。引入电磁干扰的非电源线12是被测电子控制装置11的除电源线以外的各种输入输出线，它包括被测电子控制装置11的各种输入信号线、输出控制线与信号线和数据通信线，辅助设备16模拟被测电子控制装置的信号源、负载和通信接口。外界的电磁干扰将通过非电源线12进入到被测电子控制装置11，干扰被测电子控制装置11的正常工作。电磁干扰发生器15产生的电磁干扰经电磁干扰输出信号线14输入到电磁干扰耦合装置13中，通过电磁干扰耦合装置13将电磁干扰发生器15产生的电磁干扰耦合到引入电磁干扰的非电源线12中，通过观察被测电子控制装置11的工作状态，判断被测电子控制装置11抗电磁干扰的能力。在利用通用CAN测试工具测试被测电子控制装置11CAN总线的电磁兼容性时，辅助设备16是通用CAN总线测试工具，它在测试过程中监测CAN总线是否存在通信故障；通信引入电磁干扰的非电源线12是被测的CAN总线。

利用通用CAN总线测试工具来评价电子控制装置的CAN总线抗电磁干扰能力，一方面，由于通用CAN总线测试工具通常是基于个人计算机的测试仪器，而个人计算机不仅自身的电磁特性复杂，而且还需要非车用电源才能工作，因此通用CAN测试工具实际上成为连接CAN总线电磁兼容测试***与外界电磁环境的通道，从而改变了CAN总线抗电磁干扰能力***的电磁特性，使测量结果与实际性能相差较大。另一方面由于通用CAN总线测试工具的介入，实际上其测量结果不仅仅是被测电子控制装置的抗电磁干扰能力，而且也包括CAN总线测试工具自身的抗电磁干扰能力，极端情况下，如果通用CAN总线测试工具的抗电磁干扰能力比被测电子控制装置的抗电磁干扰能力差，则测试结果实际上不是反映被测电子控制装置CAN总线的抗电磁干扰能力，而反映的是通用CAN总线测试工具的抗电磁干扰能力。

发明内容

为了克服现有技术中改变CAN总线测试***的电磁特性以及CAN总线测试工具自身抗电磁干扰能力，导致测试结果偏离实际情况的缺陷，本发明提供一种测试CAN总线抗电磁干扰能力的方法和装置，利用根据CAN总线的特性设计的CAN总线终端检测CAN总线通信故障，使测试结果更加接近被测电子装置CAN总线的实际抗电磁干扰能力。

本发明的方法是：用金属导线连接被测CAN总线电子控制装置的CAN总线接口和CAN总线终端的CAN总线接口，构成CAN总线通信***，使被测试CAN总线电子控制装置与具有CAN总线通信故障监测功能的CAN总线终端之间通过CAN总线进行CAN信息交互，然后通过国际标准、国家标准或企业标准指定电磁干扰耦合装置，如：电容耦合钳(Capacitive couplingclamp)、直接电容耦合(Direct capacitor coupling)、或者电感耦合钳(Inductive couplingclamp)将国际标准、国家标准或企业标准规定的电磁干扰信号施加到CAN总线的金属导线上，再利用CAN总线终端的通信故障监测功能判断在规定的时间范围内是否产生通信故障，并通过CAN总线故障指示灯显示它是否检测到CAN总线是否发生通信故障，如指示灯亮，表示CAN总线发生通信故障，被测试电子控制装置的抗电磁干扰能力未能达到了标准规定的要求；如果在规定的时间内指示灯没有亮，则说明被测试电子控制装置的抗电磁干扰能力达到了标准规定的要求。以此评价电子控制装置CAN总线的抗电磁干扰能力。

应用本发明方法的装置包括被测电子控制装置、引入电磁干扰的CAN总线、电磁干扰耦合装置、电磁干扰输出信号线、电磁干扰发生器和CAN总线终端。引入电磁干扰的CAN总线连接被测电子控制装置的CAN总线和CAN总线终端，电磁干扰输出信号线连接电磁干扰发生器和电磁干扰耦合装置，电磁干扰发生器产生的电磁干扰通过电磁干扰耦合装置施加到引入电磁干扰的CAN总线上，利用CAN总线终端监测CAN总线是否发生故障。

CAN总线终端由两部分组成，一部分是与被测CAN总线电子控制装置CAN总线物理层相同的CAN总线物理层，相同的CAN总线物理层是指相同型号的CAN总线收发器，相同的CAN总线收发器电路原理以及按照相同的印刷电路板设计规则设计的CAN总线物理层。另一部分是由CAN总线控制器、微控制器、CAN总线通信故障信号以及其它辅助元件组成的，具有CAN总线监测功能的CAN总线监视器。CAN总线的物理层与CAN总线监视器之间通过4根金属导线连接电源正极、电源地、CAN发送信号和CAN接收信号。

CAN总线终端的测量过程为：将具有CAN总线通信故障监测功能的CAN总线终端连接到传输CAN通信信号的金属导线上，CAN总线物理层把在金属导线上传输的CAN通信电信号转换为CAN总线控制器可接收的电信号后，输入到CAN总线控制器中，在微控制器的配合下，CAN总线控制器监测金属导线上传输的CAN通信信号是否发生通信故障，并通过CAN总线故障信号指示灯指示被监测金属导线上传输的CAN通信信号是否发生通信故障。

和现有CAN总线电磁兼容测试方法相比，本发明的被测CAN总线电子控制装置的CAN总线的抗电磁干扰能力是由被测CAN总线电子控制装置CAN总线物理层决定的，本发明的CAN总线终端采用与被测电子控制单元CAN总线物理层相同的CAN总线物理层，其抗电磁干扰能力与被测电子控制单元的CAN总线是一致的，使测试结果更加接近被测电子装置CAN总线的实际抗电磁干扰能力。同时，CAN总线终端与被测电子控制单元共用同一车用电源，对CAN总线抗电磁干扰能力测试***的电磁特性影响较小。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式详细说明本发明。

图1是现有技术测量非电源线引入的电磁干扰的电磁兼容测试***结构方框图。

图2是本发明结构方框图。

图3是具有CAN总线通信故障监测功能的CAN总线终端的结构框图。

图4是CAN总线物理层实施实例原理图。

图5是CAN监视器实施实例原理图。

图6是CAN监视器实施实例软件流程图。

具体实施方式

图2是本发明用于测试CAN总线抗电磁干扰能力装置的结构方框图，它由被测CAN总线电子控制装置21、引入电磁干扰的CAN总线22、电磁干扰耦合装置23、电磁干扰输出信号线24、电磁干扰发生器25和CAN总线终端I组成。引入电磁干扰的CAN总线连接被测电子控制装置的21和CAN总线终端I，电磁干扰输出信号线24连接电磁干扰耦合装置23和电磁干扰发生器25。

外界的电磁干扰通过CAN总线22进入到被测电子控制装置21，干扰被测电子控制装置21的正常工作。电磁干扰发生器25产生的将国际标准、国家标准或企业标准指定电磁干扰经电磁干扰输出信号线24输入到电磁干扰耦合装置23中，通过电磁干扰耦合装置23将电磁干扰发生器25产生的电磁干扰耦合到引入CAN总线22中，然后观测具有CAN总线通信故障监测功能的CAN总线终端I的CAN总线故障信号指示灯是否在规定的测试时间内指示被测试CAN总线电子装置是否存在故障。如果在规定测试时间里具有CAN总线通信故障监测功能的CAN总线终端的CAN总线故障信号指示灯没有指示CAN总线出现故障，则表明被测电子装置的CAN总线达到了规定的抗电磁干扰能力；如果在规定测试时间里具有CAN总线通信故障监测功能的CAN总线终端的CAN总线故障信号指示灯指示CAN总线出现故障，则表明被测电子装置的CAN总线没有达到规定的抗电磁干扰能力。

图3是CAN总线终端的结构框图，它由CAN总线物理层接口31、CAN总线TTL发送信号32、CAN总线TTL接收信号33和CAN总线监视器34组成，其中CAN总线物理层接口31将CAN总线信号转换为TTL接收信号33输入到CAN总线监视器34中，而由CAN总线监视器34产生TTL发送信号32通过CAN总线物理层接口31发送到CAN总线中去。

由于CAN总线终端I CAN总线物理层31和被测电子控制装置CAN总线的物理层完全一致，同时CAN总线终端I既有CAN总线终端的功能，同时又具有总线故障监测功能，和整个CAN总线电磁兼容测试***构成一个封闭的电磁***，它能真实地测试被测电子控制单元CAN总线的抗电磁干扰能力。

图4是CAN总线物理层实施实例原理图，它由CAN总线收发器82C250、电信号连接插件J41、电信号连接插件J42、电阻R41和电容C41组成。其中，J41的1脚连到U41的3脚、J41的脚连接到地，电容C41的一端连接到J41的1脚，另一端连接到地组成为U41提供电源回路；J41的2脚连接到U41的1脚，通过J41接受由CAN总线监视器传输过来的CAN发送电信号；J41的3脚连接到U41的4脚，通过J41向CAN总线监视器发送从CAN总线连接到电信号；R41的一端连接到U41的8脚，另一端接地，组成CAN总线发送信号的边沿变化速度控制电路；U41的7脚连接到J42的7脚，通过J42U41向CAN总线的发送和接收CANH信号；U41的6脚连接到J42的2脚，通J42U41向CAN总线发送和接收CANL信号。CAN总线物理层实施实例原理图的元件选择为：J41是4个管脚的IDE电器连接插件，也可以选用其它电器性能相似的电器接插件；J42是9脚的D型电器接插件，也可以选用其它电器性能相似的电器接插件；CAN收发器82C250是PHILIPS生产的CAN总线收发器；电阻R41为1/8W的电阻，其阻值范围10kΩ到100kΩ；电容C41是去耦电容，其电容取值范围为0.01uF到1uf。

由于CAN总线电信号的传输方式是多样的，其实施方式也是多样的，但在本发明中有一个基本原则是：必需是与被测电子控制单元CAN总线物理层相同的CAN总线物理层，而相同的CAN总线物理层是指相同型号的CAN总线收发器，按照相同的CAN总线收发器电路原理以及相同的印刷电路板设计规则设计的CAN总线物理层。

图5是CAN总线监视器实施实例原理图。它由微控制器U51，CAN总线控制器U51，电信号连接插件J51和J51、电阻R51和R52、电容C51、C52、C53、C54、C55和C56，电器按钮开关K51，发光二极管LED51，晶体振荡器X51组成。其中J52的1脚接+5V电源，4脚接地组成CAN总线监视器电源供给电路；C51的一端连挨U51的44脚和35脚，另一端连接到地组成U51的电源去耦电路；R51的一端连接到+5V，R51的另一端连接到C52的正极和U51的2脚组成U51的上电复位电路；R52的一端连接到+5V，另一端连接到LED51的正极，LED51的负极连接到U51的7脚组成CAN总线故障信号指示灯控制电路；K51的一端连接到C53一端和U51的2脚，K51的另一端和C53的另一端连接到地，组成测试起动控制电路；U51的43脚连接到U52的23脚、U51的42脚连接到U52的24脚、U51的41脚连接到U52的25脚、U51的40脚连接到U52的26脚、U51的39脚连接到U52的27脚、U51的38脚连接到U52的28脚、U51的37脚连接到U52的1脚、U51的36脚连接到U52的2脚、U51的33脚连接到U52的3脚、U51的19脚连接到U52的5脚、U51的18脚连接到U52的6脚、U51的31脚连接到U52的17脚、U51的14脚连接到U52的16脚、U51的30脚连接到U52的4脚，组成U51与U52之间的信息交换控制电路。U51的43脚连接到U52的23脚，U51通过U52的23脚获得工作时钟信号。U52的13脚连接到J51的1脚，组成CAN信号发送输出信号电路；U52的19脚连接到J52的2脚，组成CAN信号接收信号电路；U51的22脚、18脚、12脚和C54的一端连接到+5V，C54的另一端和U52的15脚、21脚和8脚连接到地，组成U52的供电电路；U52的11脚连接到+5V，组成U52的模式控制电路，使其工作在与U51相同的INTEL模式下；X51的一端连接到U52的9脚、C55的一端，X51的另一端连接到U52的10脚、C56的一端，C55和C56的另一端接地，组成U52的时钟信号电路。

CAN总线监视器实施实例元件选择为：U51是ATMEL公司生产的AT89C51，也可以用其它功能相似的微控制器；U52是PHILIPS公司生产的CAN总线控制器SJA1000；X51为16MHz的晶体振荡器；LED51为普通红色发光二极管，也可以是其它颜色的发光二极管；电阻R51和R52是1/8W的电阻，其中R51的阻值范围4.7kΩ到20kΩ，R52的阻值范围390kΩ到1kΩ；电容C51、C53、C54、C55和C56是工作电压大于5V的瓷片电容，C53是工作电压大于5V的铝电解电容，其中C51、C53和C54的容量范围为0.01uF到1uF，C53的容量范围为2.2uF至10uF；C55和C56的容量为30pF。J52和J53是4个管脚的IDE电器连接插件，也可以选用其它电器性能相似的电器接插件。

图6是CAN监视器实施实例软件流程图。微控制器在上电起始步骤61之后，步骤62开始初化微控制器的输入输出端口和设置CAN总线控制器SJA1000的CAN通信参数后，开始进入步骤63使故障指示灯闪烁表明CAN总线监视器已准备就绪，在步骤64中检测电器按钮是否按下和地接通，如果没有按下，则回到步骤63中。当在步骤64中检测到电器按钮曾按下和地接通，则进入到步骤65中，使故障指示灯处于长亮状态，表明CAN总线监视器已处于CAN总线故障状态监视状态，然后进入步骤66微控器读取CAN总线控制器的状态寄存器，并根据读取状态寄存器的值由步骤67判断CAN总线是否存在故障，如果CAN总线没有故障，则程序回到步骤65。当步骤67发现CAN总线发生故障时，则程序进入到步骤68让故障指示灯熄灭，表明CAN总线发生故障，然后进入步骤69，再检测电器按钮是否按下和地接通，如果电器按钮没有按下，则回到步骤68中，继续指示CAN总线出现故障，如果电器按钮按下，则回到步骤63中使故障指示灯闪烁表明CAN总线监视器已为下次CAN总线监测作好准备。

Claims (2)

1、一种测试CAN总线抗电磁干扰能力的方法，其特征在于用金属导线连接被测CAN总线电子控制装置[21]的CAN总线接口和CAN总线终端[I]的CAN总线接口，构成CAN总线通信***，使被测CAN总线电子控制装置[21]与具有CAN总线通信故障监测功能的CAN总线终端[I]之间通过CAN总线进行CAN信息交互，然后通过国际标准、国家标准或企业标准指定电磁干扰耦合装置，将国际标准、国家标准或企业标准规定的电磁干扰信号施加到CAN总线的金属导线上，再利用CAN总线终端[I]的通信故障监测功能判断在规定的时间范围内是否产生通信故障，并通过CAN总线故障指示灯显示它是否检测到CAN总线是否发生通信故障，如果在规定的测试时间内CAN总线故障指示灯指示CAN总线发生通信故障，被测试电子控制装置的抗电磁干扰能力未能达到标准规定的要求；如果在规定的测试时间内CAN总线故障指示灯没有指示CAN总线发生通信故障，则说明被测试电子控制装置的抗电磁干扰能力达到了标准规定的要求，以此评价电子控制装置CAN总线的抗电磁干扰能力。

2、应用权利要求1所述测试CAN总线抗电磁干扰能力方法的装置，其特征在于它包括被测CAN总线电子控制装置[21]、引入电磁干扰的CAN总线[22]、电磁干扰耦合装置[23]、电磁干扰输出信号线[24]、电磁干扰发生器[25]和CAN总线终端[I]；引入电磁干扰的CAN总线连接被测电子控制装置[21]和CAN总线终端[I]，电磁干扰输出信号线[24]连接电磁干扰耦合装置[23]和电磁干扰发生器[25]；CAN总线终端[I]由两部分组成，一部分是与被测CAN总线电子控制装置[21]的CAN总线物理层相同的CAN总线物理层，即相同型号的CAN总线收发器，按照相同的CAN总线收发器电路原理及相同的印刷电路板设计规则设计的CAN总线物理层；另一部分是由CAN总线控制器、微控制器、CAN总线通信故障信号以及其它辅助元件组成的CAN总线监视器[34]，CAN总线物理层与CAN总线监视器之间通过4根金属导线连接电源正极、电源地、CAN发送信号和CAN接收信号；CAN总线物理层接口[31]将CAN总线信号转换为TTL接收信号[33]输入到CAN总线监视器[34]中，而由CAN总线监视器[34]产生TTL发送信号[32]通过CAN总线物理层接口[31]发送到CAN总线中。

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