一种平流层无人飞艇的CAN总线通讯中继系统技术方案

本发明专利技术公开了一种平流层无人飞艇CAN总线通讯中继系统，该系统包括第一组网、第二组网和中继器；所述中继器包括中央处理单元CPU、CAN总线隔离芯片、嵌入式软件模块。其中，中央处理单元CPU主要完成数据的处理，包括嵌入式软件程序的执行、CAN总线数据的转发；CAN总线隔离芯片主要通过对信号电平的识别完成CAN总线通讯数据的接收与发送，还包括错误帧的识别以及总线错误判断等；嵌入式软件模块用于总线收发数据的代码实现。本发明专利技术能够实现在临近空间低温低气压的条件下，在使用CAN总线通讯时，延长系统的通讯距离。延长系统的通讯距离。延长系统的通讯距离。

【技术实现步骤摘要】
一种平流层无人飞艇的CAN总线通讯中继系统


[0001]本专利技术属于临近空间飞行器领域，具体涉及一种平流层无人飞艇的通讯中继技术。

技术介绍

[0002]随着航空航天技术和军事技术的快速发展，各国已意识到，现代战争是陆海空天电五维一体的综合性战争，是一个国家综合国力的集中体现，临近空间无人飞艇作为未来空天战场的重要组成部分，由于其自身特殊的环境和位置优势，成为了近年以来的研究热点，随着平流层无人飞艇研究的越来越深入，整个飞艇的规模也变得越来越大，艇上各个电子单机的数量也越来越多，分布的位置也更加离散，在使用CAN总线进行互相通讯时，各单机之间的通讯距离由于过长，使通讯信号产生了畸变，最终导致CAN总线通讯丢失、节点关闭等问题发生，这使得平流层无人飞艇的长距离CAN总线通讯成为难以攻克的难题之一。
[0003]国内当前平流层无人飞艇的通讯技术主要采用CAN总线通讯、RS422总线通讯、RS485通讯等技术来实现，与地面使用的总线通讯技术无较大差别，在地面时常常使用“CANbridge+”中继器工具，用以延长系统的通讯距离，其主要区别在于平流层的环境工况与地面有较大不同：平流层空气相对稀薄；环境压力低；环境温度变化复杂。
[0004]使用现有通讯方案解决平流层飞艇电子单机的通讯，存在极大弊端。RS422总线通讯为全双工的工作模式，只能进行点对点的通讯，不可组网通讯，不可实现“多对多”的工作模式，这就从根本上否定了在进行大规模组网通讯时使用RS422通讯的可能性，RS485总线与CAN总线类似，都可完成系统单机之间的组网通讯，但是都会在长距离通讯时产生信号丢失问题，由于CAN总线特殊的仲裁机制，使得CAN总线通讯在使用时优于RS485总线通讯，在地面使用CAN总线通讯时，使用“CANbridge+”中继器工具可延长整个系统的通讯距离，由于这种中继器的使用环境温度不可低于
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40℃，气压大多为常压的条件，但是在平流层无人飞艇使用时，环境大多在
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60℃~
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70℃之间，气压最低可达到4KPa，这种方式方法不可有效的完成延长系统通讯距离的任务，可能导致系统中两个子网的通信数据得不到有效转发甚至停止转发，最终使得整个系统无法得知单机的工作状态，导致飞行任务失败。

技术实现思路

[0005]针对相关技术中存在的问题，本专利技术提出了一种平流层无人飞艇的CAN总线通讯中继技术，平流层低温低气压的环境状态下，提供一种基于CAN总线的通讯中继方案。
[0006]本专利技术利用以下技术方案实现：
[0007]本专利技术的一种平流层无人飞艇的CAN总线通讯中继系统，该系统包括第一组网、第二组网和中继器；其中，第一组网由多个电池控制器1~N、多个DCDC电源模块 1~M构成，且均包含总线A，第一组网通过总线A连接中继器；中继器的另一端为总线B；第二组网由多个电池管理系统1~P、多个动力控制单元1~O构成，且均包含总线B，总线A和总线B均选择CAN总线；
[0008]所述中继器包括中央处理单元和嵌入式软件模块；其中，所述中央处理单元进一步包括第一CAN总线隔离芯片、CAN总线隔离芯片在内的两组芯片；所述中央处理单元与两组CAN总线隔离芯片进行数据交互；所述两组CAN总线隔离芯片对CAN总线信号电平的进行识别，完成CAN总线通讯数据的接收与发送；所述嵌入式软件模块，完成CAN总线数据转发的逻辑实现、转发数据帧数量的统计和正常数据帧与异常告警帧的判断。
[0009]一种平流层无人飞艇的CAN总线通讯中继器，所述中继器包括中央处理单元和嵌入式软件模块；其中，所述中央处理单元进一步包括第一CAN总线隔离芯片、CAN总线隔离芯片在内的两组芯片；所述中央处理单元与两组CAN总线隔离芯片进行数据交互；所述两组CAN总线隔离芯片对CAN总线信号电平的进行识别，完成CAN总线通讯数据的接收与发送；所述嵌入式软件模块，完成CAN总线数据转发的逻辑实现、转发数据帧数量的统计和正常数据帧与异常告警帧的判断。
[0010]与现有技术相比，本专利技术能够达成以下积极技术效果：
[0011]1）有效延长系统的通讯距离，使CAN总线通讯中继适应临近空间恶劣的环境影响，在临近空间低温低气压的环境状态；
[0012]2）平流层无人飞艇全寿命工作环境变化和吊舱内部的低温低气压等极端环境；同时不影响通讯系统网络的连贯性与整体性，在最大程度上满足平流层无人飞艇设计可靠性与双路备份要求。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的一种平流层无人飞艇的CAN总线通讯中继系统结构示意图。
[0014]图2是本专利技术的中继器架构示意图。
[0015]图3是本专利技术的中继器内部细节实施方案结构图。
[0016]图4是本专利技术的多个中继器应用实施方案结构图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细描述。
[0018]如图1所示，是本专利技术的一种平流层无人飞艇的CAN总线通讯中继系统结构示意图。该系统包括第一组网10、第二组网20和中继器30。在第一组网10中，由多个电池控制器101（MPPT，Maximum Power Point Tracking）1~N、DCDC电源模块102 1~M构成，且均包含总线A，第一组网101通过总线A连接中继器30；中继器30的另一端为总线B。在第二组网20中，由多个电池管理系统201（BMS，Battery Management System1）1~P、动力控制单元202（PCU，power control unit）1~O构成，且均包含总线B。总线A和总线B均选择CAN总线。
[0019]实际应用时，实时计算出第一组网和第二组网所构成的整个网络的两个最远节点之间的通讯距离，将中继器设置于两个最远节点之间的通讯距离的二分之一处，即刚好将整个CAN总线网络一分为二。同时由于飞艇上采用分布式设计，各个CAN总线节点在艇上分布并不十分均匀，通讯中继也应根据两个网络通讯节点的不同进行动态调整，尽量使得两个网络（第一组网和第二组网）的通讯距离一致，CAN总线节点数量大致相同。
[0020]如图2所示，是本专利技术的中继器架构示意图。本专利技术的中继器30包括中央处理单元（CPU） 301和嵌入式软件模块302。其中，所述中央处理单元301进一步包括第一CAN总线隔
离芯片3011、CAN总线隔离芯片3012在内的两组芯片。所述中央处理单元CPU与两组CAN总线隔离芯片进行数据交互；所述两组CAN总线隔离芯片对CAN总线信号电平的进行识别，完成CAN总线通讯数据的接收与发送；所述嵌入式软件模块302，完成CAN总线数据转发的逻辑实现、转发数据帧数量的统计和正常数据帧与异常告警帧的判断。
[0021]如图3所示，是本专利技术的中继器内部细节实施方案结构图。中继器中的一组CAN总线隔离芯片应作为飞艇上通讯网络的一个节点，将芯片的CAN_H、CAN_L分别接入CAN总线的高电平与低电平，发挥接收和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平流层无人飞艇的CAN总线通讯中继系统，其特征在于，该系统包括第一组网、第二组网和中继器；其中，第一组网由多个电池控制器1～N、多个DCDC电源模块1～M构成，且均包含总线A，第一组网通过总线A连接中继器；中继器的另一端为总线B；第二组网由多个电池管理系统1～P、多个动力控制单元1～O构成，且均包含总线B，总线A和总线B均选择CAN总线；所述中继器包括中央处理单元和嵌入式软件模块；其中，所述中央处理单元进一步包括第一CAN总线隔离芯片、第二CAN总线隔离芯片这两组芯片；所述中央处理单元与两组CAN总线隔离芯片进行数据交互；所述两组CAN总线隔离芯片对CAN总线信号电平的进行识别，完成CAN总线通讯数据的接收与发送；所述嵌入式软件模块，用于完成CAN总线数据转发的逻辑实现、转发数据帧数量的统计和正常数据帧与异常告警帧的判断。2.如权利要求1所述的一种平流层无人飞艇的CAN总线通讯中继系统，其特征在于，在CAN总线隔离芯片的高电平引脚和低电平引脚加入120Ω匹配电阻。3.如权利要求1所述的一种平流层无人飞艇的CAN总线通讯中继系统，其特征在于，两组CAN总线隔离芯片分别对应两个CAN总线网络，彼此物理隔离。4.如权利要求1所述的一种平流层无人飞艇的CAN总线通讯中继系统，其特征在于，所述中继器设置于整个通讯网络的通讯距离最远的两个节点之间的二分之一通讯距离处。5.如权利要求1所述的一种平流层无人飞艇的CAN总线通讯中继系统，其特征在于，设置多个所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘硕，李钏，刘文平，宋建青，周晋成，王海政，
申请(专利权)人：中电科能源有限公司，
类型：发明
国别省市：