專利名稱：一種新型的直流載波網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器局域網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用電源導(dǎo)線傳輸數(shù)據(jù)的CAN網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)采用了直流載波通信技術(shù)。具體地說(shuō)，組成該局域網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)模塊都包含MC9S08DZ32單片機(jī)、直流載波驅(qū)動(dòng)器等。單片機(jī)內(nèi)含CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器，實(shí)現(xiàn)了 CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層以上的功能。 CAN總線驅(qū)動(dòng)器通過(guò)調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)了利用電源導(dǎo)線傳輸數(shù)據(jù)。該網(wǎng)絡(luò)的軟件在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支撐下運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)通信遵循CAN2. 0協(xié)議。
背景技術(shù)：
實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器局域網(wǎng)絡(luò)是指通過(guò)架設(shè)局域網(wǎng)絡(luò)，連接分布在控制系統(tǒng)中的各實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器。隨著集成電路和單片機(jī)在控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，控制系統(tǒng)中電子控制單元越來(lái)越多。在這種情況下，如果仍采用常規(guī)的布線方式，即電線一端與開關(guān)相接， 另一端與用電設(shè)備相通，將導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部電線數(shù)目急劇增加。因此控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN應(yīng)運(yùn)而生。如今CAN已經(jīng)大量運(yùn)用在各種控制場(chǎng)合，但網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器分布在不同位置，有時(shí)彼此可能相距很遠(yuǎn)，因此，網(wǎng)絡(luò)中連接導(dǎo)線可能很長(zhǎng)，而且隨著網(wǎng)絡(luò)中接入設(shè)備的增加，布線工作量可呈幾何級(jí)數(shù)遞增，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性也因之降低。因此減少局域網(wǎng)絡(luò)的連接導(dǎo)線對(duì)于降低成本、提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性都有重要意義?？紤]到CAN總線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)合主要為車輛等移動(dòng)設(shè)備，其布線空間有限，其意義就更為明顯。采用直流載波技術(shù)可以在電源導(dǎo)線上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，將電源導(dǎo)線和數(shù)據(jù)導(dǎo)線合二為一，有效減少網(wǎng)絡(luò)中的連線。局域網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器都獨(dú)立承擔(dān)各自的控制任務(wù)，并且一般都具有較高的實(shí)時(shí)性要求。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層軟件若能以多線程方式運(yùn)行，即可保證各節(jié)點(diǎn)控制任務(wù)的實(shí)時(shí)性，也可使網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信功能與節(jié)點(diǎn)的控制功能相對(duì)獨(dú)立開來(lái)。具體地說(shuō)， 就是網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)均以獨(dú)立的線程來(lái)完成?；谝陨弦?，采用嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)支撐網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件的運(yùn)行就是必要的。這樣做的另一個(gè)好處，就是規(guī)范了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)軟件的框架結(jié)構(gòu)，縮短了整體開發(fā)周期，增強(qiáng)了軟件的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)大部分現(xiàn)有的CAN控制器局域網(wǎng)采用直流電源導(dǎo)線與 CAN差分信號(hào)導(dǎo)線分立連接，由于CAN差分信號(hào)導(dǎo)線的存在，使得局域網(wǎng)絡(luò)連接導(dǎo)線過(guò)多， 占用空間較大，可靠性相應(yīng)降低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套采用直流載波通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器局域網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)直流載波技術(shù)合并直流電源線與CAN差分信號(hào)線。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的應(yīng)用程序運(yùn)行在嵌入式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)上，網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)均以獨(dú)立的線程來(lái)完成，提高了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種基于直流載波通信的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器局域網(wǎng)絡(luò)，其特征是采用直流載波技術(shù)合并直流電源導(dǎo)線與CAN差分信號(hào)導(dǎo)線，經(jīng)直流載波驅(qū)動(dòng)器為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器供電并傳輸報(bào)文，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器間的數(shù)據(jù)交換遵循CAN通信協(xié)議?？刂破骶钟蚓W(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)由MC9S08DZ32單片機(jī)、直流載波驅(qū)動(dòng)器、二次穩(wěn)壓電路、液晶顯示電路、鍵盤輸入電路、BDM背景調(diào)試接口等組成。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的核心是MC9S08DZ32單片機(jī)。該單片機(jī)內(nèi)含CAN總線控制器，完成CAN總線數(shù)據(jù)鏈路層以上的所有功能。單片機(jī)的外圍電路包括晶振、6位獨(dú)立按鍵、LED 燈、液晶顯示接口、16位矩陣鍵盤接口、A/D接口、CAN總線接口、UART串行通信接口、BDM背
景調(diào)試接口等。直流載波驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)CAN總線驅(qū)動(dòng)器的功能，該驅(qū)動(dòng)器將二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)變成為 FSK信號(hào)，從而利用電源導(dǎo)線傳輸數(shù)據(jù)。該驅(qū)動(dòng)器還可以實(shí)現(xiàn)逐位比較數(shù)據(jù)碰撞檢測(cè)。直流載波驅(qū)動(dòng)器和導(dǎo)線組成了 CAN網(wǎng)絡(luò)物理層。直流載波驅(qū)動(dòng)器采用純硬件電路，由波形發(fā)生器、波形疊加器、放大電路、發(fā)射電路、接收電路、檢波電路、線路噪聲抑制比較器等構(gòu)成。整個(gè)控制器局域網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)模塊，都由一個(gè)共同的直流電源模塊提供12V電壓。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊都有二次穩(wěn)壓電路，二次穩(wěn)壓電路將導(dǎo)線上的12V 電壓變成節(jié)點(diǎn)內(nèi)所需的5V和3. 3V電壓。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器采用uc/os-ii嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支撐應(yīng)用軟件的運(yùn)行?？梢栽趥€(gè)人計(jì)算機(jī)上用基于c或c++語(yǔ)言的codewarrior IDE開發(fā)平臺(tái)來(lái)開發(fā)或修改單片機(jī)內(nèi)部的控制程序，然后下載到實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器中的單片機(jī)中。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、采用直流載波通信技術(shù)合并直流電源線與CAN差分信號(hào)線，減少了網(wǎng)絡(luò)中的電氣連線，節(jié)省了布線空間，降低了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。2、本實(shí)用新型采用了新穎的純硬件的直流載波驅(qū)動(dòng)器，在其支撐下，實(shí)現(xiàn)了 CAN 2. 0總線協(xié)議規(guī)定的全部功能。傳輸速率遠(yuǎn)高于目前常見的直流載波芯片所能達(dá)到的速率。3、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的核心是MC9S08DZ32單片機(jī)，該單片機(jī)支持BDM背景調(diào)試。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的電路板上，留有一個(gè)編程下載口，可用基于c或c++語(yǔ)言的codewarrior IDE開發(fā)平臺(tái)來(lái)開發(fā)或修改單片機(jī)內(nèi)部的控制程序，然后下載到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器中的單片機(jī)中，以滿足特定的控制要求。4、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的軟件部分由嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(uc/os-ii)調(diào)度單片機(jī)的硬件資源，支持多線程運(yùn)行，提高了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。軟件開發(fā)者可在操作系統(tǒng)的平臺(tái)下編寫專門的應(yīng)用程序，縮短了開發(fā)的周期。

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖圖2是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的硬件結(jié)構(gòu)框圖圖3是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的軟件結(jié)構(gòu)框圖圖4是載波驅(qū)動(dòng)器的硬件結(jié)構(gòu)框圖
具體實(shí)施方案
以下結(jié)合附圖和實(shí)際實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明[0024]如圖1所示，一種使用直流載波通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器局域網(wǎng)絡(luò)，它主要由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器(Al An)、電源導(dǎo)線(B)、直流電源模塊(C)組成。如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器內(nèi)部包括了 MC9S08DZ32單片機(jī)(Ul)、直流載波驅(qū)動(dòng)器(U2)、二次穩(wěn)壓電路(U3)、液晶顯示電路(U4)、鍵盤輸入電路(U5)，BDM背景調(diào)試接口 (U6)等。直流載波驅(qū)動(dòng)器與電源導(dǎo)線和MC9S08DZ32單片機(jī)相連，接收來(lái)自電源導(dǎo)線的FSK 信號(hào)，通過(guò)解調(diào)將其還原成TTL電平的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)，并發(fā)送給單片機(jī)。同時(shí)也接收來(lái)自MC9S08DZ32單片機(jī)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)，將其調(diào)制成FSK信號(hào)發(fā)送到電源導(dǎo)線上。直流載波驅(qū)動(dòng)器還具有對(duì)總線的監(jiān)聽功能，可以實(shí)現(xiàn)逐位比較數(shù)據(jù)碰撞仲裁檢測(cè)。MC9S08DZ32單片機(jī)(Ul)與直流載波驅(qū)動(dòng)器(U2)、二次穩(wěn)壓電路(U3)、液晶顯示模塊(U4)、鍵盤輸入電路 (U5)、BDM背景調(diào)試接口(U6)等幾部分相連。如圖3所示，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的軟件由驅(qū)動(dòng)程序和固件(R1)、操作系統(tǒng)內(nèi)核(R2)、通信協(xié)議和庫(kù)函數(shù)(R3)、應(yīng)用程序(R4)組成?？赏ㄟ^(guò)基于c或c++語(yǔ)言的 codewarrior IDE開發(fā)平臺(tái)來(lái)開發(fā)或修改單片機(jī)內(nèi)部的控制程序，然后下載到實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器中的單片機(jī)中，以滿足特定的控制要求。如圖4所示，各直流載波驅(qū)動(dòng)器的硬件由波形發(fā)生器(Μ 1)、波形疊加器(M2)、放大電路(M3)、發(fā)射電路(M4)、接收電路(M5)、檢波電路(M6)、噪聲抑制比較器電路(M7)等構(gòu)成。本直流載波通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器局域網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)的功能有(1)支持 CAN 2. 0Α/Β 通信協(xié)議。(2)最高通信速率可達(dá)到200kbp/s。(3)支持SCI、SPI、I2C等通信協(xié)議的設(shè)備連接，由這些接口控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。(4)軟件支持多線程并行處理，網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信功能與節(jié)點(diǎn)的控制功能相對(duì)獨(dú)立。本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器中的MC9S08DZ32單片機(jī)運(yùn)行于嵌入式uc/0S_ii操作系統(tǒng)中。 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器軟件主要由主控制線程、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收任務(wù)線程和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送線程組成。主控制線程實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器各自的控制任務(wù)。當(dāng)主控制線程需要向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可將數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)發(fā)送線程，由數(shù)據(jù)發(fā)送線程通過(guò)直流載波驅(qū)動(dòng)器發(fā)送到總線上。 數(shù)據(jù)接收線程通過(guò)直流載波驅(qū)動(dòng)器時(shí)刻監(jiān)聽總線上的信號(hào)，如果接收到總線發(fā)送給本網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的數(shù)據(jù)，就將此數(shù)據(jù)傳遞到主控制線程。直流載波驅(qū)動(dòng)器接收來(lái)自MC908擬32 單片機(jī)的二進(jìn)制TTL電平的數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)調(diào)制變成FSK信號(hào)，發(fā)送到總線上。同時(shí)接收總線上的FSK信號(hào)，通過(guò)解調(diào)還原成二進(jìn)制TTL電平的數(shù)據(jù)信號(hào)，并發(fā)送給MC9S08DZ32單片機(jī)。MC9S08DZ32單片機(jī)通過(guò)鍵盤和液晶顯示組成的人機(jī)界面接收外部指令，并且具有SCI、 SPI、I2C等接口，由這些接口控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種基于直流載波通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器局域網(wǎng)絡(luò)，其特征是由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器 (Al An)、電源導(dǎo)線(B)、直流電源模塊(C)組成，采用直流載波通信技術(shù)合并直流電源導(dǎo)線與CAN差分信號(hào)導(dǎo)線，直流載波驅(qū)動(dòng)器作為CAN總線驅(qū)動(dòng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直流載波通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器局域網(wǎng)絡(luò)，其特征是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器內(nèi)部包括了 MC9S08DZ32單片機(jī)(Ul)、直流載波驅(qū)動(dòng)器(似)、二次穩(wěn)壓電路 (U3)、液晶顯示電路(U4)、鍵盤輸入電路(U5)，BDM背景調(diào)試接口⑴6)，直流載波驅(qū)動(dòng)器與電源導(dǎo)線和MC9S08DZ32單片機(jī)相連，接收來(lái)自電源導(dǎo)線的FSK信號(hào)，通過(guò)解調(diào)將其還原成 TTL電平的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)，并發(fā)送給單片機(jī)，同時(shí)也接收來(lái)自MC9S08DZ32單片機(jī)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)，將其調(diào)制成FSK信號(hào)發(fā)送到電源導(dǎo)線上，直流載波驅(qū)動(dòng)器還具有對(duì)總線的監(jiān)聽功能，可以實(shí)現(xiàn)逐位比較數(shù)據(jù)碰撞仲裁檢測(cè)，MC9S08DZ32單片機(jī)(Ul)與直流載波驅(qū)動(dòng)器 (U2)、二次穩(wěn)壓電路(U3)、液晶顯示模塊(U4)、鍵盤輸入電路(TO)、BDM背景調(diào)試接口(U6) 相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直流載波通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器局域網(wǎng)絡(luò)，其特征是直流載波驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部包括了波形發(fā)生器(Ml)、波形疊加器(Μ》、放大電路(Μ； )、發(fā)射電路 (M4)、接收電路(M5)、檢波電路(M6)、噪聲抑制比較器電路(M7)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種基于直流載波通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器局域網(wǎng)絡(luò)，其特征是采用直流載波技術(shù)合并電源導(dǎo)線與信號(hào)導(dǎo)線，局域網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的硬件由MC9S08DZ32單片機(jī)、直流載波驅(qū)動(dòng)器、二次穩(wěn)壓電路、液晶顯示電路、鍵盤輸入電路等組成。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器的軟件在uc/os_ii嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支撐下，以多線程的方式運(yùn)行。本實(shí)用新型的目的是針對(duì)一般現(xiàn)有的CAN局域網(wǎng)均有電源導(dǎo)線和信號(hào)導(dǎo)線兩套線路，連接導(dǎo)線過(guò)多，占用空間較大，局域網(wǎng)可靠性相應(yīng)降低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套采用直流載波通信的CAN局域網(wǎng)絡(luò)，使用直流載波通信技術(shù)合并直流電源導(dǎo)線與CAN差分信號(hào)導(dǎo)線。網(wǎng)絡(luò)軟件運(yùn)行在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上，提高了局域網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H04L12/28GK202077018SQ20102065217
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者張曉全, 李寧, 王中鎮(zhèn), 葛紅宇 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院