專利名稱：手持式便攜canopen網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用。
背景技術(shù)：
CAN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)總線是一種可用于鐵路領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由于它的可靠性、 靈活性而被世界上越來越多的國(guó)家所采用。
CAN網(wǎng)絡(luò)只定義了物理層和鏈路層，H前應(yīng)用廣泛的CANOPEN標(biāo)準(zhǔn)定義 了CAN網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層協(xié)議，但由于CANOPEN網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)件很強(qiáng)，而且目前的 測(cè)試手段和測(cè)試儀器還很少，尤其是適合于現(xiàn)場(chǎng)使用的便攜式CANOPEN分析 設(shè)備更是一片空白。
本實(shí)用新型所述的機(jī)車用手持式便攜CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀正是基于 鐵路領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)——CAN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)總線的數(shù)據(jù)分析設(shè)備。適用于具有CAN 總線網(wǎng)絡(luò)的機(jī)車中。 發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，木實(shí)用新型的目的是研究設(shè)計(jì)一種新 型的手持式便攜CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀及其控制方法，從而解決CANOPEN 網(wǎng)絡(luò)目前的測(cè)試手段和測(cè)試儀器還很少的問題填補(bǔ)了現(xiàn)場(chǎng)使用的便攜式 CANOPEN分析設(shè)備的空白。本實(shí)用新型所述的手持式便攜CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù) 據(jù)分析儀是由主控制器模塊、CAN信號(hào)采集單元、數(shù)據(jù)顯示控制單元以及供電 單元組成。所述的CAN信號(hào)采集單元通過具有差動(dòng)發(fā)送和接收功能的兩個(gè)總線 終端CANH和CANL連接到總線電纜，通過專用接口 TXD、 RXD與主控制器 模塊內(nèi)置的CAN收發(fā)器接口 CANRX、 CANTX相連；所述的主控制器模塊通 過CANRX和CANTX引腳與CAN信號(hào)采集單元相連，通過D01-D08數(shù)據(jù)線與 數(shù)據(jù)顯示控制單元的數(shù)據(jù)輸入接口 D0-D7相連，開關(guān)控制信號(hào)Sl-S5與數(shù)據(jù)顯 示控制單元的顯示屏控制引腳Sl-S5相連；所述的供電單元產(chǎn)生的+5V電壓送 到CAN信號(hào)采集單元和數(shù)據(jù)顯示控制單元的VCC引腳，產(chǎn)生的3.3V電壓送到 主控制器模塊的電源引腳，供電單元的參考地輸出GND則與板內(nèi)所有GND信號(hào)相連，與正電壓構(gòu)成回路；CAN總線上傳輸?shù)男盘?hào)通過CAN信號(hào)接口單元 輸入到主控制器模塊，數(shù)據(jù)在主控制器模塊內(nèi)進(jìn)行解析、處理、存儲(chǔ)，最后以8 位并口數(shù)據(jù)的形式發(fā)送給數(shù)據(jù)顯示控制單元。本實(shí)用新型所述的主控制器模塊 是由AT91SAM7A3構(gòu)成的、CAN信號(hào)采集單元是由PCA82C250構(gòu)成的，供電 單元包括電源轉(zhuǎn)換芯片AS1117M3-3.3和M1C5207，以及隔離芯片BO505T;所 述的數(shù)據(jù)顯示控制單元包括LCM12864ZK型液晶顯示屏和液晶顯示屏控制鍵盈.。
CAN，全稱為"Controller Area Network",即控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際上應(yīng)用 最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN可提供高達(dá)IMbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí) 控制變得非常容易。另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了CAN的抗電磁干擾能 力。
CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率， 高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10Km 時(shí)，CAN仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于CAN總線具有很高的 實(shí)時(shí)性能，因此，CAN已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng) 域中得到了廣泛應(yīng)用。
CAN通訊協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開放系 統(tǒng)互連模型(OSI) —致,定義了模型的最下面兩層物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。
CANopen協(xié)議是CAN-in-Automation(CiA)定義的標(biāo)準(zhǔn)之一。它是CAN的應(yīng) 用層協(xié)議。大多數(shù)重要的設(shè)備類型，例如數(shù)字和模擬的輸入輸出模塊，驅(qū)動(dòng)設(shè) 備，操作設(shè)備，控制器，可編程控制器或編碼器，都在稱為"設(shè)備子集"的協(xié)議中 進(jìn)行描述。設(shè)備子集定義了不同類型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及其相應(yīng)的功能。依靠CANopen 協(xié)議集的支持，可以對(duì)不同廠商的設(shè)備通過總線進(jìn)行配置和系統(tǒng)重構(gòu)。
本實(shí)用新型所述的手持式便攜CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀正是基于CAN標(biāo) 準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)總線而使用的。這種數(shù)據(jù)分析儀針對(duì)以上提出的問題，可對(duì)CANOPEN 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析記錄，只要將設(shè)備接入CAN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)中就可完成數(shù)據(jù)分析工作， 安裝方便，操作簡(jiǎn)單，使用可靠，是在列車控制網(wǎng)絡(luò)化的大環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的 新產(chǎn)品。
由于CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是國(guó)際上許多大公司采用的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用范圍愈加廣泛，而網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的分析又是對(duì)列車調(diào)試、維護(hù)、檢修中的一項(xiàng)重要的
工作，因此基于CAN網(wǎng)絡(luò)的機(jī)車用手持式便攜CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀既順 應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)乂具有很強(qiáng)的實(shí)用性，填補(bǔ)/該儀器設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)的空白。
本實(shí)用新型的目的是提供一種基于CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的CANOPEN接口 。本實(shí) 用新型所述的手持式便攜CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀，整個(gè)系統(tǒng)包括硬件和軟 件兩部分。
硬件的作用主要是提供物理連接，負(fù)責(zé)控制CAN收發(fā)器的工作，讀取CAN 總線相關(guān)數(shù)據(jù)，提供液晶屏的數(shù)據(jù)顯示并完成控制功能，同時(shí)還要負(fù)責(zé)工作電 源的提供等。
軟件的作用是對(duì)控制模塊初始化，配置各種相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求 將CAN數(shù)據(jù)在主控模塊中進(jìn)行處理、存儲(chǔ)并將數(shù)據(jù)送入顯示控制單元。

本實(shí)用新型共有七幅附圖，其中
圖l為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖2為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖3為本實(shí)用新型的主控制器模塊電路圖4為本實(shí)用新型的CAN信號(hào)采集單元電路圖5為本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)顯不控制單元電路圖6為本實(shí)用新型的供電單元電路圖7為本實(shí)用新型的軟件控制流程圖。
圖中1、CAN信號(hào)采集單元2、主控制器模塊3、數(shù)據(jù)顯示控制單元4、
供電單元。
具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的具體實(shí)施例如附圖所示，附圖1所示為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框
圖，是由CAN信號(hào)采集單元1、主控制器模塊2、數(shù)據(jù)顯示控制單元3、供電單 元4四部分所組成。附圖2為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖，本實(shí)用新型所述的手 持式便攜CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀，通過CAN信號(hào)采集單元1的6、 7引腳 接收CAN信號(hào)，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后通過57、 58腳送入到主控制器模塊2，經(jīng)主控制 器模塊2的處理與轉(zhuǎn)換后，通過34-37、 41-44引腳與數(shù)據(jù)顯示控制單元3的9-16
5引腳相連，發(fā)送數(shù)據(jù)信息，21-24、 32腳作為控制鍵連線與數(shù)據(jù)顯示控制單元3 的Sl-S5相連。
由于處理器內(nèi)部的CAN控制器只是個(gè)協(xié)議控制器，不能提供物理層驅(qū)動(dòng)， 所以在使用時(shí)還需外加CAN總線收發(fā)器，常用的CAN總線收發(fā)器有Philips公 司的PCA82C250收發(fā)器、高速TJA1050收發(fā)器等。這里使用的是PCA82C250 收發(fā)器，它可提高總線的差動(dòng)發(fā)送和接收能力。它與IS011898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容， 有三種不同的工作方式，即高速、斜率控制和待機(jī)，可根據(jù)實(shí)際情況選擇。
協(xié)議控制器通過串行數(shù)據(jù)輸出線TX和串行數(shù)據(jù)輸入線RX連接到收發(fā) 器。通過有差動(dòng)發(fā)送和接收功能的兩個(gè)總線終端CANH和CANL連接到總線 電纜(見附圖4)。輸入Rs用于模式控制參考電壓。輸出VREF的輸出電壓是 額定VCC的0.5倍，其中收發(fā)器的額定電源電壓是5V。協(xié)議控制器輸出一個(gè) 串行的發(fā)送數(shù)據(jù)流到收發(fā)器的TxD弓l腳。內(nèi)部的上拉功能將TxD輸入設(shè)置成 邏輯高電平，也就是說總線輸出驅(qū)動(dòng)器默認(rèn)是被動(dòng)的在隱性狀態(tài)中，CANH和 CANL輸入通過典型內(nèi)部阻抗是17k的接收器輸入網(wǎng)絡(luò)，偏置到2.5V的額定 電壓，另外，如果TxD是邏輯低電平，總線的輸出級(jí)將被激活，在總線電纜上 產(chǎn)生一個(gè)顯性的信號(hào)電平。輸出驅(qū)動(dòng)器由一個(gè)源輸出級(jí)和一個(gè)下拉輸出級(jí)組成。 CANH連接到源輸出級(jí)，CANL連接到下拉輸出級(jí)。在顯性狀態(tài)中，CAN—H的 額定電壓是3.5V ， CAN_L是1.5V。
附圖3為本實(shí)用新型主控制器模塊2的電路圖，AT91SAM7A3構(gòu)成的主控 制器模塊2是整個(gè)設(shè)備的核心部分，完成了數(shù)據(jù)分析的功能控制。AT91SAM7A3 是32位ARM7系列微控制器中的一員，集成有CAN控制器。片上有256K字 節(jié)高速Flash和32K字節(jié)SRAM和全套外圍設(shè)備，包括兩個(gè)2.0B CAN控制器， 以及一整套使外圍設(shè)備組件數(shù)量最少的功能單元。該微處理器中的片內(nèi)Flash存 儲(chǔ)器可以有JTAG-ICE接口系統(tǒng)內(nèi)編程。內(nèi)置鎖定位可以保護(hù)固件，防止其被誤 覆蓋。AT91SAM7A3的片內(nèi)Flash模塊共1024頁，每頁256字節(jié)。 一共65536 個(gè)32位字。Flash模塊包括一個(gè)256字節(jié)的寫緩存，可通過32位的接口訪問。 當(dāng)Flash不使用時(shí)(讀或?qū)懺L問)，其將自動(dòng)進(jìn)入待命模式。內(nèi)部的CAN控制器 具有如下特點(diǎn)
*完全兼容CAN2.0B動(dòng)態(tài)控制器；*位傳輸速率為1Mbit/S;
*具有16個(gè)面向?qū)ο蟮泥]箱，對(duì)每個(gè)消息來說CAN2.0A和2.0B可編程； 可配置對(duì)象為接收或發(fā)送；在發(fā)送或接收消息時(shí)使用16位時(shí)間標(biāo)簽； 可對(duì)多個(gè)郵箱對(duì)象的接收緩存長(zhǎng)度進(jìn)行編程。 附圖5為本實(shí)用新型數(shù)據(jù)顯示控制單元3的電路圖，數(shù)據(jù)顯示控制單元3 內(nèi)部的LCM12864ZK型液晶顯示屏的字型ROM內(nèi)含8192個(gè)16*16點(diǎn)屮文字 型和128個(gè)16*8半寬的字母符號(hào)字型；電源操作范圍寬(2.7Vto5.5V)，低功 耗設(shè)計(jì)可滿足產(chǎn)品的省電要求；同時(shí)與單片機(jī)等微控器的接口界面靈活(三種 模式并行8位/4位，串行3線/2線)。塊具有上/下/左/右移動(dòng)當(dāng)前顯示屏幕 及清除屏幕的命令。
附圖6是供電單元4的電路圖，包括幾種等級(jí)的電源芯片及保護(hù)電路，負(fù) 責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的供電。產(chǎn)生的電壓等級(jí)包括隔離的+5V電壓、+3.3V電壓和+2.5V電壓。
附圖7為本實(shí)用新型的軟件控制流程圖。本實(shí)用新型所述的一種手持式便 攜CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀，其控制過程包括系統(tǒng)初始化和CAN郵箱初始化 的步驟，還包括下述步驟
A、 CANOPEN參數(shù)配置；
B、 對(duì)主控制器模塊是否接收到CAN數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并在下述步驟中進(jìn)行 選擇
C、 未接收到CAN信號(hào)，返回初始化；
D、 接收到CAN信號(hào)，則對(duì)其進(jìn)行處理；
E、 數(shù)據(jù)處理；
F、 向數(shù)據(jù)顯示控制單元模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，并返回系統(tǒng)初始化。
權(quán)利要求1、一種手持式便攜CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀，其特征在于包括主控制器模塊(2)、CAN信號(hào)采集單元(1)、數(shù)據(jù)顯示控制單元(3)以及供電單元(4)，所述的CAN信號(hào)采集單元(1)通過具有差動(dòng)發(fā)送和接收功能的兩個(gè)總線終端CANH和CANL連接到總線電纜，通過專用接口TXD、RXD與主控制器模塊(2)內(nèi)置的CAN收發(fā)器接口CANRX、CANTX相連；所述的主控制器模塊(2)通過CANRX和CANTX引腳與CAN信號(hào)采集單元(1)相連，通過D01-D08數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)顯示控制單元的數(shù)據(jù)輸入接口D0-D7相連，開關(guān)控制信號(hào)S1-S5與數(shù)據(jù)顯示控制單元(3)的顯示屏控制引腳S1-S5相連；所述的供電單元(4)產(chǎn)生的+5V電壓送到CAN信號(hào)采集單元(1)和數(shù)據(jù)顯示控制單元(3)的VCC引腳，產(chǎn)生的3.3V電壓送到主控制器模塊(2)的電源引腳，供電單元(4)的參考地輸出GND則與板內(nèi)所有GND信號(hào)相連，與正電壓構(gòu)成回路；CAN總線上傳輸?shù)男盘?hào)通過CAN信號(hào)接口單元(1)輸入到主控制器模塊(2)，數(shù)據(jù)在主控制器模塊(2)內(nèi)進(jìn)行解析、處理、存儲(chǔ)，最后以8位并口數(shù)據(jù)的形式發(fā)送給數(shù)據(jù)顯示控制單元(3)。
2、 一種手持式便攜CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀，其特征在于所述的主控制 器模塊(2)是由AT91SAM7A3構(gòu)成的、CAN信號(hào)采集單元(1)是由PCA82C250 構(gòu)成的，供電單元(4)包括電源轉(zhuǎn)換芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔 離芯片BO505T;所述的數(shù)據(jù)顯示控制單元(3)包括LCM12864ZK型液晶顯示 屏和液晶顯示屏控制鍵盤。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的機(jī)車用手持式便攜CANOPEN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀。包括主控制器模塊、CAN信號(hào)采集單元、數(shù)據(jù)顯示控制單元以及供電單元，CAN信號(hào)由CAN信號(hào)采集單元接收，經(jīng)主控制器模塊進(jìn)行解析、處理、存儲(chǔ)后，以8位并口數(shù)據(jù)的形式發(fā)送到數(shù)據(jù)顯示控制單元。對(duì)CANOPEN數(shù)據(jù)進(jìn)行分析記錄，只要將設(shè)備接入CAN標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)中就可完成數(shù)據(jù)分析工作，安裝方便，操作簡(jiǎn)單，使用可靠，是在列車控制網(wǎng)絡(luò)化的大環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的新產(chǎn)品。
文檔編號(hào)H04L12/26GK201341145SQ20092001028
公開日2009年11月4日 申請(qǐng)日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者田雅華, 董笑辰, 馬晨普 申請(qǐng)人:中國(guó)北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心