一种基于隔离式双以太网和双CAN通信的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于隔离式双以太网和双CAN通信的方法，本发明专利技术包括一种基于隔离式双以太网和双CAN通信的系统。分别定义第一以太网通信通道、第二以太网通信通道、第一CAN通信通道、第二CAN通信通道；通过判断第一以太网通信通道以及第二以太网通信通道是否连接正常来设定工作通道以及备用通道，并分析以太网传输的数字信号是否需要第一CAN通信通道或第二CAN通信通道传输；通过判断第一CAN通信通道以及第二CAN通信通道是否连接正常来设定工作通道以及备用通道，并分析CAN传输的数字信号是否需要第一以太网通信通道或第二以太网通信通道传输。与现有技术相比，本发明专利技术具有抗干扰能力强，易于扩展，可靠性高等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于隔离式双以太网和双CAN通信的系统及方法
本专利技术属于嵌入式
，尤其涉及一种基于隔离式双以太网和双CAN通信的系统及方法。
技术介绍
随着国家海洋战略和全电力推进齐头并进之时，舰船电力系统的地位也越来越重要，因而对舰船电力系统的稳定性、可靠性和智能化等提出了更高的要求。为了适应这种发展趋势，智能化、计算机和网络化等领先技术在舰船电力系统的网络结构、稳定运行、资源调度、能量分配、武器配置、运行模式和控制策略等方面将发挥越来越大的作用。以“模块化、集成化”思想发展起来的舰船综合电力系统，它极大程度地简化了舰船动力系统的结构，为舰载高能武器提供了能量保障，大大提升了舰船的机动性、隐蔽性和生命力。尤其是数字化、智能化测控技术，理所当然地成为未来舰船综合电力系统的重要特征之一。实时数据(如输入/输出控制指令、状态信号和健康信息等)传输技术，是舰船获取设备信息实现智能化必不可少的技术手段。通过多通道数字输入/输出测控系统，实时获取舰用设备的输入/输出数字信号(如各个健康状态和现场工况信息等)，是决策系统给出正确决策的先决条件。为了简化硬件电路设计、简化系统结构，工程上常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。随着微电子技术和计算机技术的发展，总线技术也在不断地发展和完善，而使计算机总线技术种类繁多。如大量应用于工业数据传输中的I2C(Inter-IntegratedCircuit)总线、CAN(ControllerAreaNetwork)总线和基于串行外设接口(SerialPeripheralInterface，SPI)的以太网(Ethernet)技术。研究与运行实践表明，采用常规方法的I2C总线、CAN总线和以太网通信方式，在具有较强电磁干扰的应用现场(如前所述的船舶综合电力系统，就是非常典型的应用环境之一)，就会经常被干扰，可靠性得不到提高，因而，也就无法满足该系统“井喷式”增长的信息交换的需求。其主要原因体现在以下几个方面：以“迈克尔·蒙苏尔”号(DDG1001)为例，美海军第2艘“朱姆沃尔特”级驱逐舰，长186米，宽24.6米，吃水8.4米，标准排水量15995吨，航速30节，水上续航力4500海里/20节，该级舰的综合电力系统(IntegratedPowerSystem，IPS)可以说是最复杂和独特的系统，在有限的移动平台中包括发电、输电、配电、变电、拖动、推进、储能、监控和电力管理等诸多功能，因此，船舶综合全电力推进系统发电机不仅要向推进电动机供电，也需提供电能给船舶电网，满足船舶其它设备的用电和生活用电，而电力系统容量有限，船舶设备分布密集。这是由于这些多系统多功能的复杂性，势必也带来了严重的电磁兼容问题，这会对通信设备是否正常工作带来威胁；电力推进舰船在航行过程中，受到风、浪及海流等多种随机不确定因素的干扰，进而带来船舶的输出功率与负载功率之间不平衡，甚至出现欠压、过压等恶劣情况，这会对通信设备造成严重损害；舰船数据采集设备工作环境复杂多变，由于传输距离、现场状况等诸多因素的影响，可能导致I2C总线、CAN总线和以太网传输通道中断，造成网络实时性和可靠性降低，甚至网络不能正常工作。针对上述这些情况，迫切需要将成熟的、可靠性高的、实时性强的I2C总线、CAN总线和以太网接口技术，应用于船舶综合电力系统中的多通道数字输入/输出测控系统中，以提高舰船内部信息交换的效率和可靠性。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足之处，本专利技术提出了一种基于隔离式双以太网和双CAN通信的系统及方法。本专利技术的系统所采用的技术方案为一种基于隔离式双以太网和双CAN通信的系统，其特征在于，包括：第一用户接口单元(1)、数字输出/数字输入单元(2)、I2C总线隔离单元(3)、主控制单元(4)、以太网控制器单元(5)、网口变压器单元(6)、CAN总线隔离单元(7)、CAN总线单元(8)以及第二用户接口单元(9)；所述第一用户接口单元(1)与所述数字输出/数字输入单元(2)通过导线连接；所述数字输出/数字输入单元(2)与所述I2C总线隔离单元(3)通过导线连接；所述I2C总线隔离单元(3)与所述主控制单元(4)通过导线连接；所述主控制单元(4)与所述以太网控制器单元(5)通过导线连接；所述以太网控制器单元(5)与所述网口变压器单元(6)通过导线连接；所述网口变压器单元(6)与所述第二用户接口单元(9)通过导线连接；所述主控制单元(4)与所述CAN总线隔离单元(7)通过导线连接；所述CAN总线隔离单元(7)与所述CAN总线单元(8)通过导线连接；所述CAN总线单元(8)与所述第二用户接口单元(9)通过导线连接。作为优选，所述第一用户接口单元(1)用于接收来自数字输出/数字输入单元输出的数字输出信号，并将来自用户的数字输入信号传送到所述数字输出/数字输入单元(2)；所述数字输出/数字输入单元(2)用于接收来自所述第一用户接口单元(1)的数字输入信号，并将数字输出信号传送到所述第一用户接口单元(1)，并选用多通道通用并行输入/输出口器件用于确保多个输入/输出口器件能够共用一个I2C总线上。所述I2C总线隔离单元(3)用于对I2C总线进行隔离处理，用于将数字输入信号传输至所述主控制单元(4)，并接收所述主控制单元(4)输出的数字输出信号，并采用具有芯片级变压器隔离技术的数字隔离器；所述主控制单元(4)用于通过I2C总线外接温湿度传感器片、经由I2C总线外接存储芯片、经由I2C总线外接数字输出/数字输入单元、经由SPI总线外接所述以太网控制器单元(5)，用于外接所述CAN总线隔离单元(7)；所述以太网控制器单元(5)用于为主控制器单元提供了更加简易的互联网连接方案，从而能够更好地实现高速网络通讯，并选用以全硬件TCP/IP嵌入式以太网控制器作为数据交互的控制核心，它集成了TCP/IP协议栈，10/100M以太网数据链路层及物理层，使用了新的高效SPI协议支持80MHz速率；所述网口变压器单元(6)用于在物理层PHY与网卡接口RJ45之间起着隔离与耦合作用，用于将网口数据传输至所述第二用户接口单元(9)，并采用网口变压器；所述CAN总线隔离单元(7)用于将CAN总线进行隔离处理，并采用具有芯片级的变压器隔离技术；所述CAN总线单元(8)用于对CAN总线进行保护处理并传送到所述第二用户接口单元(9)；所述第二用户接口单元(9)用于接收双路以太网接口和双路CAN总线接口，完成与主控制单元之间的数据交互。作为优选，所述第一用户接口单元(1)由第一用户接口单元的第一子单元(1-1)和第一用户接口单元的第二子单元(1-2)构成；所述数字输出/数字输入单元(2)由数字输出单元(2-1)和数字输入单元(2-2)构成；所述I2C总线隔离单元(3)由第一I2C总线隔离子单元(3-1)和第二I2C总线隔离子单元(3-2)构成；所述主控制单元(4)由温湿度传感器单元(4-1)、存储器单元(4-2)以及微处理器单元(4-3)构成；所述以太网控制器单元(5)由第一以太网控制器子单元(5-1)和第二以太网控制器子单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于隔离式双以太网和双CAN通信的系统，其特征在于，包括：第一用户接口单元(1)、数字输出/数字输入单元(2)、I2C总线隔离单元(3)、主控制单元(4)、以太网控制器单元(5)、网口变压器单元(6)、CAN总线隔离单元(7)、CAN总线单元(8)以及第二用户接口单元(9)；所述第一用户接口单元(1)与所述数字输出/数字输入单元(2)通过导线连接；所述数字输出/数字输入单元(2)与所述I2C总线隔离单元(3)通过导线连接；所述I2C总线隔离单元(3)与所述主控制单元(4)通过导线连接；所述主控制单元(4)与所述以太网控制器单元(5)通过导线连接；所述以太网控制器单元(5)与所述网口变压器单元(6)通过导线连接；所述网口变压器单元(6)与所述第二用户接口单元(9)通过导线连接；所述主控制单元(4)与所述CAN总线隔离单元(7)通过导线连接；所述CAN总线隔离单元(7)与所述CAN总线单元(8)通过导线连接；所述CAN总线单元(8)与所述第二用户接口单元(9)通过导线连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于隔离式双以太网和双CAN通信的系统，其特征在于，包括：第一用户接口单元(1)、数字输出/数字输入单元(2)、I2C总线隔离单元(3)、主控制单元(4)、以太网控制器单元(5)、网口变压器单元(6)、CAN总线隔离单元(7)、CAN总线单元(8)以及第二用户接口单元(9)；所述第一用户接口单元(1)与所述数字输出/数字输入单元(2)通过导线连接；所述数字输出/数字输入单元(2)与所述I2C总线隔离单元(3)通过导线连接；所述I2C总线隔离单元(3)与所述主控制单元(4)通过导线连接；所述主控制单元(4)与所述以太网控制器单元(5)通过导线连接；所述以太网控制器单元(5)与所述网口变压器单元(6)通过导线连接；所述网口变压器单元(6)与所述第二用户接口单元(9)通过导线连接；所述主控制单元(4)与所述CAN总线隔离单元(7)通过导线连接；所述CAN总线隔离单元(7)与所述CAN总线单元(8)通过导线连接；所述CAN总线单元(8)与所述第二用户接口单元(9)通过导线连接。2.根据权利要求1所述的基于隔离式双以太网和双CAN通信的系统，其特征在于：所述第一用户接口单元(1)用于接收来自数字输出/数字输入单元输出的数字输出信号，并将来自用户的数字输入信号传送到所述数字输出/数字输入单元(2)；所述数字输出/数字输入单元(2)用于接收来自所述第一用户接口单元(1)的数字输入信号，并将数字输出信号传送到所述第一用户接口单元(1)，并选用多通道通用并行输入/输出口器件用于确保多个输入/输出口器件能够共用一个I2C总线上；所述I2C总线隔离单元(3)用于对I2C总线进行隔离处理，用于将数字输入信号传输至所述主控制单元(4)，并接收所述主控制单元(4)输出的数字输出信号，并采用具有芯片级变压器隔离技术的数字隔离器；所述主控制单元(4)用于通过I2C总线外接温湿度传感器片、经由I2C总线外接存储芯片、经由I2C总线外接数字输出/数字输入单元、经由SPI总线外接所述以太网控制器单元(5)，用于外接所述CAN总线隔离单元(7)；所述以太网控制器单元(5)用于为主控制器单元提供了更加简易的互联网连接方案，从而能够更好地实现高速网络通讯，并选用以全硬件TCP/IP嵌入式以太网控制器作为数据交互的控制核心，它集成了TCP/IP协议栈，10/100M以太网数据链路层及物理层，使用了新的高效SPI协议支持80MHz速率，；所述网口变压器单元(6)用于在物理层PHY与网卡接口RJ45之间起着隔离与耦合作用，用于将网口数据传输至所述第二用户接口单元(9)，并采用网口变压器；所述CAN总线隔离单元(7)用于将CAN总线进行隔离处理，并采用具有芯片级变压器的隔离技术；所述CAN总线单元(8)用于对CAN总线进行保护处理并传送到所述第二用户接口单元(9)；所述第二用户接口单元(9)用于接收双路以太网接口和双路CAN总线接口，完成与主控制单元之间的数据交互。3.根据权利要求1所述的基于隔离式双以太网和双CAN通信的系统，其特征在于：所述第一用户接口单元(1)由第一用户接口单元的第一子单元(1-1)和第一用户接口单元的第二子单元(1-2)构成；所述数字输出/数字输入单元(2)由数字输出单元(2-1)和数字输入单元(2-2)构成；所述I2C总线隔离单元(3)由第一I2C总线隔离子单元(3-1)和第二I2C总线隔离子单元(3-2)构成；所述主控制单元(4)由温湿度传感器单元(4-1)、存储器单元(4-2)以及微处理器单元(4-3)构成；所述以太网控制器单元(5)由第一以太网控制器子单元(5-1)和第二以太网控制器子单元(5-2)构成；所述网口变压器单元(6)由第一网口变压器子单元(6-1)和第二网口变压器子单元(6-2)构成；所述CAN总线隔离单元(7)由第一CAN总线隔离子单元(7-1)和第二CAN总线隔离子单元(7-2)构成；所述CAN总线单元(8)由第一CAN总线子单元(8-1)和第二CAN总线子单元(8-2)构成；所述第二用户接口单元(9)由第二用户接口单元的第一子单元(9-1)、第二用户接口单元的第二子单元(9-2)、第二用户接口单元的第三子单元(9-3)、第二用户接口单元的第四子单元(9-4)构成；所述的第一用户接口单元的第一子单元(1-1)、数字输出单元(2-1)、第一I2C总线隔离子单元(3-1)、微处理器单元(4-3)通过导线依次串联连接；所述的第一用户接口单元的第二子单元(1-2)、数字输入单元(2-2)、第二I2C总线隔离子单元(3-2)、微处理器单元(4-3)通过导线依次串联连接；所述温湿度传感器单元(4-1)与所述微处理器单元(4-3)通过导线连接；所述存储器单元(4-2)与所述微处理器单元(4-3)通过导线连接；所述的微处理器单元(4-3)、第一以太网控制器子单元(5-1)、第一网口变压器子单元(6-1)、第二用户接口单元的第一子...

【专利技术属性】
技术研发人员：李维波，康兴，徐聪，李巍，许智豪，余万祥，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42