一种CAN总线通讯信号光纤传输装置论文和设计-王鑫

全文摘要

本实用新型实施例公开了一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，所述光纤传输装置包括CAN总线通讯模块、MCU以及光纤传输模块，所述CAN总线通讯模块包括依次连接的CAN接口、CAN收发器和CAN隔离器，所述MCU上集成有CAN控制器以及具有DMA传输功能的USART控制器，所述CAN隔离器连接CAN控制器，所述光纤传输模块包括光纤接口，所述光纤接口连接USART控制器，该光纤传输装置通讯速率可以提高到4.5倍，通讯距离可以提高到30公里，无需增设中继装置，通讯距离不受波特率的限制。

主设计要求

1.一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，其特征在于，所述光纤传输装置包括CAN总线通讯模块、MCU以及光纤传输模块，所述CAN总线通讯模块包括依次连接的CAN接口、CAN收发器和CAN隔离器，所述MCU上集成有CAN控制器以及具有DMA传输功能的USART控制器，所述CAN隔离器连接CAN控制器，所述光纤传输模块包括光纤接口，所述光纤接口连接USART控制器。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，其特征在于，所述光纤传输装置包括两组CAN总线通讯模块，所述MCU上集成有两个CAN控制器，两个CAN控制器分别连接两组CAN总线通讯模块中的CAN隔离器。

3.根据权利要求2所述的一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，其特征在于，所述MCU上集成有四个具有DMA传输功能的USART控制器，所述光纤传输模块包括四个光纤接口，四个USART控制器分别连接四个光纤接口。

4.根据权利要求1所述的一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，其特征在于，所述光纤传输装置还包括电源模块和电源接口，所述电源模块的输入端通过电源接口连接外部DC9-36V供电电源，所述电源模块的输出端连接MCU。

5.根据权利要求4所述的一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，其特征在于，所述述光纤传输装置还包括隔离电源模块，所述隔离电源模块输入端连接电源模块的输出端，所述CAN隔离器连接隔离电源模块的输出端。

6.根据权利要求1所述的一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，其特征在于，所述CAN接口具有CANL端和CANH端，所述CAN接口通过CANL端和CANH端连接CAN网络。

7.根据权利要求1所述的一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，其特征在于，所述光纤传输装置还包括USB接口，所述MCU上集成有USB控制器，所述USB控制器与USB接口连接。

8.根据权利要求1所述的一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，其特征在于，所述光纤传输装置还包括用于状态指示的状态指示灯。

9.根据权利要求1所述的一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，所述光纤接口具有信号接收端和信号发送端。

10.根据权利要求1所述的一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，其特征在于，所述MCU为32位ARM单片机。

设计说明书

技术领域

本实用新型实施例涉及电子领域，具体涉及一种CAN总线通讯信号光纤传输装置。

背景技术

CAN是一种采用无破坏性位竞争机制实现串行多主通信的现场总线，由于具有抗干扰能力强、报文短、实时性好和组网成本低等优点，CAN总线被广泛地应用于环境恶劣、电磁辐射大、对可靠性要求高的工业自动化现场和汽车部件控制等领域，而光纤通信具有速率高、抗电磁干扰能力强等一系列优点。现有的基于光纤传输的CAN总线通讯信号传输装置主要有以下两种：

(1)非协议型装置，即CAN光纤转换装置不带有MCU(微控制器)，CAN差分信号转成TTL电信号，由光电转换器将TTL电信号再转成光信号，然后由光纤做为传输介质进行CAN通讯信号传输，此类型的装置由于电到光、光到电转换的延时，再受CAN协议接收确认机制的限制，通信波特率最高只能到500Kbps，超过500Kbps就会通讯失败，而且通讯距离只能达到CAN电传输理论值的一半，不能实现通过光纤延长通讯距离的目的；

(2)协议型装置，即在MCU内进行软件编程。由MCU通过CAN收发器接收CAN差分信号，通过MCU转发到另一路CAN控制器，由光电转换器将CAN控制器发出的TTL电信号转成光信号，然后由光纤做为传输介质进行CAN通讯信号传输，此类型的装置由MCU接收CAN信号，CAN控制器回复发送节点ACK信号，接收确认机制不受光电转换的延时影响，通讯波特率可以到达CAN通讯的最高1000Kbps，但是在装置进行光传输的时候采用的是CAN协议传输，在光路上仍然受到接收确认机制的影响，无法突破CAN通讯距离与通讯波特率成反比的关系，即最低波特率5Kbps通讯10公里，最高波特率1000Kbps通讯40米，例如如果两个CAN通讯设备的距离是30公里，需要在光纤链路中增加2到3台中继器，而且需要使用最低的通讯速率5Kbps，应用有限。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，以解决现有的CAN总线通讯信号传输装置要么不能实现高速率传输，要么高速率通讯距离短的问题。

为了实现上述目的，本实用新型的实施方式提供了一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，所述光纤传输装置包括CAN总线通讯模块、MCU以及光纤传输模块，所述CAN总线通讯模块包括依次连接的CAN接口、CAN收发器和CAN隔离器，所述MCU上集成有CAN控制器以及具有DMA传输功能的USART控制器，所述CAN隔离器连接CAN控制器，所述光纤传输模块包括光纤接口，所述光纤接口连接USART控制器。

优选的，所述光纤传输装置包括两组CAN总线通讯模块，所述MCU上集成有两个CAN控制器，两个CAN控制器分别连接两组CAN总线通讯模块中的CAN隔离器。

优选的，所述MCU上集成有四个具有DMA传输功能的USART控制器，所述光纤传输模块包括四个光纤接口，四个USART控制器分别连接四个光纤接口。

优选的，所述光纤传输装置还包括电源模块和电源接口，所述电源模块的输入端通过电源接口连接外部DC9-36V供电电源，所述电源模块的输出端连接MCU。

优选的，所述述光纤传输装置还包括隔离电源模块，所述隔离电源模块输入端连接电源模块的输出端，所述CAN隔离器连接隔离电源模块的输出端。

优选的，所述CAN接口具有CANL端和CANH端，所述CAN接口通过CANL端和CANH端连接CAN网络。

优选的，所述光纤传输装置还包括USB接口，所述MCU上集成有USB控制器，所述USB控制器与USB接口连接。

优选的，所述光纤传输装置还包括用于状态指示的状态指示灯。

优选的，所述光纤接口具有信号接收端和信号发送端。

优选的，所述MCU为32位ARM单片机。

本实用新型实施例提出的一种CAN总线通讯信号光纤传输装置具有如下优点：MCU上集成有具有DMA传输功能的USART控制器，在CAN信号转光纤传输过程中采用USART协议传输，USART协议链路层没有接收确认机制，发送节点装置不用在规定的时间内等待接收节点装置的反馈信号，既可以提升通讯速率，又可以增加通讯距离，使得光纤通讯的优势得以体现，并且USART通讯速率可以达到最高4500Kbps，这样既保留了CAN协议实时性和准确性的特性，通讯速率还可以提高到4.5倍，通讯距离可以提高到30公里，无需增设中继装置，而且通讯距离还不受波特率的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例1提供的一种CAN总线通讯信号光纤传输装置的外部结构示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的一种CAN总线通讯信号光纤传输装置的内部结构连接框图。

图中：CAN总线通讯模块1、MCU2、光纤传输模块3、电源模块4、电源接口5、隔离电源模块6、USB接口7、状态指示灯8、CAN接口11、CAN收发器12、CAN隔离器13、CAN控制器21、USART控制器22、USB控制器23、光纤接口31。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供了一种CAN总线通讯信号光纤传输装置，该光纤传输装置包括两组CAN总线通讯模块1、MCU2以及光纤传输模块3。

CAN总线通讯模块1包括依次连接的CAN接口11、CAN收发器12和CAN隔离器13。CAN接口11具有CANL端和CANH端，用于接收CAN差分信号，CAN接口11通过CANL端和CANH端连接CAN网络，两个CAN接口11可连接两路CAN网络，CAN收发器12用于CAN差分信号与TTL电平信号之间的转换，MCU2为32位ARM单片机，MCU2上集成有两个CAN控制器21以及4个具有DMA传输功能的USART控制器22，两个CAN控制器21分别连接两个CAN隔离器13。光纤传输模块3包括四个光纤接口31，四个USART控制器22分别连接四个光纤接口31，每个光纤接口31具有信号接收端和信号发送端两个连接端。

该光纤传输装置还包括电源模块4和电源接口5，电源模块4的输入端通过电源接口5连接外部DC9-36V供电电源，电源模块4的输出端连接MCU2。该光纤传输装置还包括隔离电源模块6，隔离电源模块6输入端连接电源模块4的输出端，CAN隔离器13连接隔离电源模块6的输出端。

该光纤传输装置还包括USB接口7，MCU2上集成有USB控制器23，USB控制器23与USB接口7连接，通过USB接口7连接上位机，USB通讯协议可使用HID协议，实现Windows操作系统免安装驱动程序，即插即用，方便用户使用软件对装置进行参数配置。

该光纤传输装置还包括用于状态指示的状态指示灯8。

本实施例的光纤传输装置，CAN收发器12用于CAN差分信号与TTL电平信号之间的转换，由MCU2通过CAN控制器21接收来自CAN收发器12的TTL电平信号，并将CAN信号通过USART控制器22处理为USART信号，USART控制器22与光纤接口31之间设置光电转换器，可以由光电转换器将由USART接口传输的TTL电平信号转换成光信号，以光纤为介质传输光信号，远端的光纤传输装置在收到光信号后再还原成CAN差分信号，转发至CAN网络。

由于USART协议链路层没有接收确认机制，发送节点不用在规定的时间内等待接收节点的反馈信号，可以在USART传输层使用自定义协议，增加CRC校验，通过软件应用层实现接收确认，MCU2本身具有硬件CRC校验和DMA传输功能，校验与传输都不占用MCU2自身网络资源，并且USART通讯速率可以达到最高4500Kbps，这样既保留了CAN协议实时性和准确性的特性，通讯速率还可以提高到4.5倍，通讯距离可以提高到30公里，而且通讯距离还不受波特率的限制。

该装置的2路CAN接口11可以分别接入2个CAN网络；4路光纤接口31可以接入4路光信号，即实现1对4光纤传输；也可以选装2路光纤接口31，组成光纤环型网络；也可以选装1路光纤接口31，实现光纤点对点传输；还可通过MCU2实现2路CAN接口11和4路光纤接口31数据互转，可实现6个CAN网络组成一个总网络。

实施例2

本实用新型实施例1的CAN总线通讯信号光纤传输装，具体应用如下：在某厂区火灾报警集控中心，如果某个火灾报警控制器的距离在10公里以上，使用现有的CAN转光纤通讯装置无法点对点连接，中间至少要加一台中继装置，并且通讯速率只能使用5Kbps，使用本装置，火灾报警信号可以以4500Kbps的速率点对点传输到集控中心，给灾情处理节省了宝贵时间，算上中继器产生的延时，本装置在该使用环境比现有设备通讯速率提高1000倍左右。

实施例3

本实用新型实施例1的CAN总线通讯信号光纤传输装置，具体应用如下：某隧道长25公里，每5公里放置1台消防主机，使用现有装置3、4、5号主机无法与主控制室直连，必须通过中继装置连接主控制室，并且通讯波特率必须降至最低波特率5K，使用本装置隧道内1至5号主机都可以与主控制室直连，并且可以以4500K波特率上报火灾信息，减少了由于中继和波特率低造成的延时。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

设计图

一种CAN总线通讯信号光纤传输装置论文和设计

一种CAN总线通讯信号光纤传输装置论文和设计-王鑫

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢