[发明专利]双余度光纤CAN总线组网方法

说明书

技术领域

本发明属于CAN总线网络技术，特别涉及采用光纤波分复用双向传输信号技术的CAN总线集线器和以该集线器为核心的双余度光纤CAN总线网络组网方法。

背景技术

CAN(Controller Area Network)总线是一种采用非破坏逐位竞争机制实现串行多主通信的现场总线网络，目前所用的CAN总线都是基于金属双绞屏蔽线进行信号传输的，采用金属双绞屏蔽线的CAN总线网络存在以下问题：(1)总线节点过多时，易造成总线参数的失配；(2)节点电路的抗干扰保护措施也会造成总线参数的失配；(3)节点的地域分布过大，电缆的分布参数造成总线参数失配；(4)节点间的共模电位差超出收发器规定特性造成的总线参数失配以及(5)电线存在的电磁干扰等，这些问题将导致CAN总线网络的通信速率下降和可靠性降低。

同时，为了解决诸如航空航天、军用装备等高可靠应用领域的组网问题，单余度一般无法满足要求，多采用多余度总线，至少采用双余度，以提高网络的可靠性。即构建两套完全相同的A、B总线，并在总线上传输完全相同的信息，A、B总线互为冗余备份。

而光纤是一种单向传输光信号的介质，并且具有免电磁干扰的特性。目前，光纤通信一般是采用两根光纤分别发送和接收信号，网络节点中的光发送模块(LED)和光接收模块(PIN)是两个独立功能的器件；光纤模块和光纤之间的连接一般采用光纤连接器来实现。光纤连接器的类型很多，目前常用的类型有：SC、FC和ST等。构成双余度的CAN总线网络时，必须要有可靠的物理措施，来防止双余度总线网络光纤的插错。

在CAN总线的标准中，并不限制网络的物理层采用何种传输介质，即：可以采用普通金属线、金属双绞屏蔽线和光纤等任何介质。但是，无论采用哪种介质，都必须保证CAN总线网络的通信机制，保证网络物理层之上完全符合CAN总线标准的定义，这也是CAN总线标准所具有的灵活性。

目前，关于光纤CAN总线组网已提出了几种实施方案，主要有：环形光纤CAN总线组网、光纤CAN总线自愈环网和一种基于双光纤的CAN集线器组网方案等，但是这些方案中存在着光-电、电-光转换环节多、延时长、总线速率低、节点少和组网不灵活等问题。

发明内容

本发明的目的：用光纤替代CAN网络中的金属双绞线，并在现有的双光纤CAN总线集线器的基础上提出一种基于波分复用双向信号传输技术的新型单光纤CAN总线集线器，以及采用两台这样的集线器构成具有防插错功能的双余度CAN总线网络和双余度CAN总线网络的级联扩展方法。

本发明的技术方案是：本发明在CAN总线网络的物理层保留CAN网络中的CAN控制器，重新设计网络物理层，以收/发一体化的光模块LED/PIN替代CAN收发器，以单光纤替代金属双绞屏蔽线，以收/发不同波长的光波进行信息传输，并保证网络物理层之上完全符合CAN总线标准的定义。

并以此为基础提出一种双余度单根光纤CAN总线集线器的组网方法，将两台具有n个非级联光口和一个级联光口的光纤CAN总线集线器与n个双余度光节点采用2n根单光纤相连，构成双余度的A、B两个完全相同的光纤CAN总线网络。

所述光纤光纤CAN总线集线器内置一个可编程器件CPLD，用于逻辑编程；n+1个收/发一体化光模块LED/PIN用于实现信息的光/电或电/光转换；本集线器的非级联光口与级联光口采用不同类型光纤连接器的组合(文中定义采用FC或SC型)，如1#…n#光模块LED/PIN采用FC或SC型光纤连接器构成n个非级联光口，则第n+1#个光模块LED/PIN必须采用不同的SC或FC型光纤连接器构成级联光口；n+1个光模块中的光-电转换PIN电路的输出接CPLD的输入脚RX(1)…RX(n+1)；n+1个光模块中的电-光转换LED电路的输入接CPLD的输出脚TX(1)…TX(n+1)；光纤CAN总线集线器可工作在主方式或从方式，级联光口端的集线器工作在从方式，非级联光口端的集线器工作在主方式。