高可靠性高实时性的CAN网络系统及通信方法技术方案

本发明专利技术属于CAN网络通信技术领域，具体涉及一种高可靠性高实时性CAN网络系统及通信方法，系统包括：第一主节点、第二主节点和多个数据采集节点，第一主节点、第二主节点和多个数据采集节点均包括CAN控制模块、微控制器，双路模拟开关和两个CAN收发器，微控制器与CAN控制器连接，CAN控制器通过多个模拟开关与两个CAN收发器连接，各个节点中的一个CAN收发器连接第一总线通路，另一个CAN收发器连接第二总线通路，所述第一主节点、第二主节点和多个数据采集节点通过两条总线通路组成网络。本发明专利技术对系统中的主节点、总线通路进行了双重备份设计，保证了系统在恶劣环境下能最大程度地正常工作，明显提高了系统的可靠性。明显提高了系统的可靠性。明显提高了系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
高可靠性高实时性的CAN网络系统及通信方法


[0001]本专利技术属于CAN网络通信
，具体涉及一种高可靠性高实时性CAN网络系统及通信方法，其采用双主节点冗余与双总线通路冗余结合，具有很高的可靠性与很强的实时性。

技术介绍

[0002]CAN总线技术凭借其多主通信、非破坏性总线仲裁机制等特点已经在工业控制、汽车、航天航空领域发挥着越来越重要的作用，但是电子设备在生产、运输和使用过程中常常经受着各种恶劣环境的考验，对CAN总线网络造成了极大地威胁，而在航天领域中要求CAN总线设备必须能够安全可靠地工作，如何解决这一问题是CAN在航天领域中应用的一个重要课题。
[0003]根据总线系统可能会造成的故障原因，如电缆的断线、CAN总线驱动器的故障甚至控制器的故障等，解决CAN可靠性通讯的一个有效办法就是对总线进行不同程度的冗余。虽然CAN总线的冗余是解决这个问题的普遍办法，但是，现有的冗余结构可能会导致CAN通信的可靠性和实时性降低。

技术实现思路

[0004]为了解决现有CAN网络中容易受到恶劣环境影响导致可靠性较低以及为了提高网络实时性，本专利技术克服现有技术存在的不足，提供一种具有高可靠性与高实时性的CAN网络系统及通信方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高可靠性高实时性的CAN网络系统，包括：第一主节点、第二主节点和多个数据采集节点，第一主节点、第二主节点和多个数据采集节点均包括CAN控制模块、微控制器，双路模拟开关和两个CAN收发器，微控制器与CAN控制器连接，CAN控制器通过多个模拟开关与两个CAN收发器连接，各个节点中的一个CAN收发器连接第一总线通路，另一个CAN收发器连接第二总线通路，所述第一主节点、第二主节点和多个数据采集节点通过两条总线通路组成网络；
[0006]所述第一主节点用于向第二主节点发送状态请求帧，还用于向数据采集节点发送数据请求帧，还用于在第一总线通路故障时，通过第二总线通路与数据采集节点通信，所述第二主节点用于在未收到第一主节点的状态请求帧时，启动主节点功能，向数据采集节点发送数据请求帧。
[0007]所述的一种高可靠性高实时性的CAN网络系统，采用的应用层协议采用11位标准帧格式，高3位为数据功能码区，支持8种数据类型，包括了系统内节点之间通信的所有数据类型，中间4位为发送节点功能码区，低4位为接收节点功能码区，支持系统内16个节点的地址编号。
[0008]所述第一主节点、第二主节点还包括报警模块，所述第一主节点和第二主节点用于在数据采集节点未返回自检应答帧时，发送报警信号至对应的报警模块。
[0009]此外，本专利技术还提供了一种高可靠性高实时性的CAN网络系统的通信方法，包括以下步骤：
[0010]S101、上电后，第一主节点通过其中一个总线通路向第二主节点以及所有数据采集节点发送总线自检帧；
[0011]S102、各节点收到点名帧后立即向第一主节点发送自检应答帧；
[0012]S103、第一主节点收到所有节点的自检应答帧后，向各个节点发送广播帧，广播各个节点的状态信息；
[0013]S104、第一主节点发送广播帧后，以周期T0周期性地向第二主节点发送状态请求帧，向各个数据采集节点发送数据请求帧；第二主节点根据状态请求帧向第一主节点回应状态帧，各个数据采集节点根据数据请求帧向第一主节点回应数据帧；
[0014]所述步骤S104中，当第一主节点在设定时间内未收到任何节点发回的状态帧或数据帧，则跳转到另一个总线通路上，重复步骤S103～S104；
[0015]所述步骤S104中，当第二主节点在设定时间内未收到第一主节点发送的状态请求帧时，则其跳转到另一个总线通路上，通过另一个总线通路接收第一主节点发送的状态请求帧并进行回复，若跳转到另一个总线通路上后仍未在设定时间内未收到第一主节点发送的状态请求帧，则其启动主节点功能，向所有数据采集节点发送数据请求帧。
[0016]所述设定时间等于两倍周期T0。
[0017]所述周期T0的取值为25ms。
[0018]所述步骤S103中，若第一主节点未收到所有节点的自检应答帧，则其向报警装置发送信息，指示出未发送自检应答帧的数据采集节点为故障节点。
[0019]所述步骤S104中，当其中一个数据采集节点在设定时间内未收到第一主节点或第二主节点发送的数据请求帧时，其自动跳转到另一个总线通路上。
[0020]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0021]1、本专利技术提供了一种具有高可靠性与高实时性的CAN网络系统及通信方法，系统中设置了主节点冗余与双通路冗余，可以实现两个主节点的自主切换以及两个通路的自动切换，使得网络在故障期间无需人为操作，保证了系统在恶劣环境下能最大程度地正常工作，提高了CAN网络的通信实时性和可靠性。
[0022]2、本专利技术通过对系统的硬件改进以及通信方法的改进，实现了网络中所有节点的实时数据交换，具有很强的灵活性。
[0023]3、本专利技术CAN网络系统的设备成本低、功能强、可靠性高、实时性强，易于推广使用。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例提供的一种高可靠性高实时性的CAN网络系统的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例中CAN网络报文标识符格式分配图；
[0026]图3为第一主节点的工作流程框图；
[0027]图4为第二主节点工作流程框图；
[0028]图5为数据采集节点的工作流程框图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]实施例一
[0031]如图1所示，本专利技术实施例一提供了一种高可靠性高实时性的CAN网络系统，包括：第一主节点、第二主节点和多个数据采集节点，第一主节点、第二主节点和多个数据采集节点均包括微控制器、CAN控制模块，双路模拟开关和两个CAN收发器，微控制器中的CAN控制器通过多个模拟开关与两个CAN收发器连接，各个节点中的一个CAN收发器连接第一总线通路，另一个CAN收发器连接第二总线通路，所述第一主节点、第二主节点和多个数据采集节点通过两条总线通路组成网络；
[0032]所述第一主节点用于向第二主节点发送状态请求帧，向数据采集节点发送数据请求帧，以及用于接收第二主节点发送的状态帧和数据采集节点发送的数据帧；还用于在第一总线通路故障时，通过第二总线通路与数据采集节点通信，所述第二主节点用于在未收到第一主节点的状态请求帧时，启动主节点功能，向数据采集节点发送数据请求帧。
[0033]本实施例的一种高可靠性高实时性的CAN网络系统中，每个节点的微控制器都是集成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高可靠性高实时性的CAN网络系统，其特征在于，包括：第一主节点、第二主节点和多个数据采集节点，第一主节点、第二主节点和多个数据采集节点均包括CAN控制模块、微控制器，双路模拟开关和两个CAN收发器，微控制器与CAN控制器连接，CAN控制器通过多个模拟开关与两个CAN收发器连接，各个节点中的一个CAN收发器连接第一总线通路，另一个CAN收发器连接第二总线通路，所述第一主节点、第二主节点和多个数据采集节点通过两条总线通路组成网络；所述第一主节点用于向第二主节点发送状态请求帧，还用于向数据采集节点发送数据请求帧，还用于在第一总线通路故障时，通过第二总线通路与数据采集节点通信，所述第二主节点用于在未收到第一主节点的状态请求帧时，启动主节点功能，向数据采集节点发送数据请求帧。2.根据权利要求1所述的一种高可靠性高实时性的CAN网络系统，其特征在于，采用的应用层协议采用11位标准帧格式，高3位为数据功能码区，支持8种数据类型，包括了系统内节点之间通信的所有数据类型，中间4位为发送节点功能码区，低4位为接收节点功能码区，支持系统内16个节点的地址编号。3.根据权利要求1所述的一种高可靠性高实时性的CAN网络系统，其特征在于，所述第一主节点、第二主节点还包括报警模块，所述第一主节点和第二主节点用于在数据采集节点未返回自检应答帧时，发送报警信号至对应的报警模块。4.根据权利要求1所述的一种高可靠性高实时性的CAN网络系统的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：S101、上电后，第一主节点通过其中一个总线通路向第二主节点以及所有数据采集节点发送总线自检帧；S102、各节点收到点名帧后立即向第一主节点发送自检应答帧；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：田帅帅，安晋松，赵玮烨，郝宇军，任浩，李阳阳，朱卫东，贾航，田亚峰，时三波，景世超，
申请(专利权)人：山西晋煤集团技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：