[发明专利]光纤CAN总线集线器及其组网方法

说明书

技术领域

本发明属于CAN总线网络，特别是涉及一种传输介质为光纤的CAN总线集线器和基于该集线器的将光纤CAN节点和双绞线CAN总线子网连接在一起的广域高速组网方法。

背景技术

CAN(Control Area Network)总线是一种采用无破坏性位竞争机制实现串行多主通信的现场总线网络。CAN总线具有抗干扰能力强、报文短、实时性好和组网成本低等优点。特别适合于环境恶劣，电磁辐射大，对可靠性要求高的工业自动化现场和汽车部件控制等领域。CAN总线的最常用传输介质是双绞线，在这种介质上可实现的最高速率为1Mbps。实际使用时，双绞线CAN总线的可用通信速率低于1Mbps。造成通信速率下降的原因主要有以下几个：(1)总线上接入的节点过多，造成总线参数失配；(2)节点上加装的过压过流保护电路造成总线参数失配；(3)节点的地域分布过大，太长电缆的分布参数造成总线参数失配。

当总线的工作环境过于恶劣时，如节点间的共模电位差超出物理层收发器件的最大值时，总线将不能正常工作。因此研究采用光纤作为传输介质，利用其传输速率高和抗干扰能力强等优点，研究其组网方式，解决CAN总线的大容量，高速率和远距离组网问题具有十分重要的意义。

双绞线CAN总线网络是由各个节点中的CAN控制器通过CAN收发器连接到双绞线上构成。当多个节点竞争总线时，某一节点发出的“隐性”或“显性”位信号，与其它节点发送的信号在总线上实现逻辑“线与”，并将结果送回到发送节点和各个接收节点实现无破坏性位竞争。由于双绞线并不限制信号的传输方向，出现在总线上的每一位数据只要能在规定的时间内被总线上的所有节点(包括发送节点)正确接收，通信就可正常进行。

光纤是一种单向传输光信号的介质，目前还未出现一种能实现当一个或多个节点发出(或不发出)光信号时，光信号可以实现“线与”叠加，使所有节点均能收到叠加后的光信号的光收发器件。故光纤并不能直接用于CAN总线组网。采用光纤组网时，一般是保留原有的CAN控制器，舍去CAN收发器和双绞线，对网络物理层进行重新设计。光纤物理层如何与传统的双绞线物理层CAN网络相连也是需要解决的问题。

目前，关于光纤CAN总线组网已提出了几种实施方案。其中：(1)环形光纤CAN总线组网方案允许接入环内的节点(只能是光纤节点)的个数非常有限，并且随着接入节点个数的增加，通信速率急剧下降；(2)光纤CAN总线自愈环网方案也存在类似的问题；(3)双星光纤CAN总线方案允许接入的节点较多，但和前两种方案一样都存在着信号传输环路自激造成网络堵塞和不便于与双绞线CAN总线子网接口的问题。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上提供一种光纤CAN总线集线器及其组网方法。

本发明的技术方案是：

提供一种光纤CAN总线集线器的组网方法，其特征在于：将具有n个光口和一个本地双绞线电口扩展电路的光纤CAN总线集线器及其与另外n-1个光节点，本地双绞线子网，远端电口扩展装置和远端双绞线子网连接通信而构成的网络。

例如图1所示的具有n个光口和一个本地双绞线电口扩展电路的光纤CAN总线集线器1及其与各个光节点(包括光节点2)，本地双绞线子网4和远端双绞线子网7的组网方法。

集线器1上的每个光口都有一对光电转换模块PIN和电光转换模块LED。以1#光口为例，PIN12和LED13通过光纤对3分别与光节点2中的LED23和PIN22相连。集线器1的本地电口扩展电路14可通过两对双绞线与本地双绞线子网4相连。每个光口(以n#光口为例说明)也可以通过长光纤对5与位于远方的远端电口扩展装置6相连后，再通过两对双绞线连接到远端双绞线子网7上。

所述的光节点2如图1所示，包括一个CAN总线控制器21，其输入脚RXD接PIN22的输出端，其输出脚TXD接LED23的输入端。

提供的一种光纤CAN总线集线器1的原理框图如图2所示，集线器1内置一个复杂可编程器件CPLD11、构成n个光口的n个光电转换模块PIN、n个电光转换模块LED和本地电口扩展电路14。n个PIN的输出接CPLD11的输入RX(1)...RX(n)；本地电口扩展电路14的输出接CPLD11的输入脚RX(n+1)。CPLD11的输出TX(1)...TX(n)接各个LED的输入；输出TX(n+1)接本地电口扩展电路14的输入。