[实用新型]单CAN控制器热冗余CAN总线系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及CAN（Controller Area Network，控制器局域网）总线领域，具体来讲是一种单CAN控制器热冗余CAN总线系统。

背景技术

CAN总线作为一种具有国际标准的现场总线，已广泛应用于汽车工业、机械工业、农用机械、纺织机械、机器人、数控机床、医疗器械、家用电器及传感器等领域。CAN总线有如下特点：⑴CAN总线是多主工作方式，总线上任一节点均可在任意时刻主动向总线上其它节点发送数据，不分主从；⑵CAN总线采用非破坏总线仲裁技术，报文标识符越小其优先级越高，优先级高的的报文优先发送，优先级低的主动退出总线等总线空闲再重新发送；⑶CAN节点通过对报文标识符滤波即可实现点对点、点对多及广播等方式来收发数据。虽然CAN总线本身具有很高的可靠性，但在很多条件恶劣的工业控制现场，总线电缆出现断开、短路或因为电磁干扰而出现短暂通讯中断等故障还是时有发生。

为了提高总线通讯系统可靠性，很多控制场所采用了冗余CAN总线：即敷设两条独立的CAN总线，通过不同的物理位置布线来避免同时发生这些故障。一个完整的CAN总线节点电路至少包括一个总线收发器、一个总线控制器和一个微处理器。因而，实现冗余的CAN总线一般有3种方式：

1）总线收发器、总线控制器和微处理器全都冗余，即都配置两个。这种方式相当于把每个CAN总线节点完整复制一遍，硬件成本太高，一般不考虑。

2）总线收发器和总线控制器冗余，微处理器只配置一个。这种实现方法目前较多，但是，由于要多配置总线控制器，硬件成本较高；软件编制复杂，需要配置2套完整的CAN总线通讯相关变量，对存储容量较小的微处理器是个很大的开销。特别是两条总线同时收到数据时，如何对数据进行合并处理相当麻烦。因此，有的冗余方案就折衷处理：采用冷冗余，即只让其中一条总线工作，当该总线出现故障时再切换到另一总线。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种单CAN控制器热冗余CAN总线系统，其操作简单，收发数据可靠性高，硬件成本低，大大简化开发冗余总线的难度。

为达到以上目的，本实用新型一种单CAN控制器热冗余CAN总线系统，包括两条总线和多个CAN节点电路，每个CAN节点电路同时连接两条总线，每个CAN节点电路包括微处理器、故障处理单元、CAN控制器、接收仲裁选择单元、第一隔离收发单元和第二隔离收发单元，第一隔离收发单元和第二隔离收发单元分别连接一条总线，第一隔离收发单元和第二隔离收发单元共同连接至接收仲裁选择单元，接收仲裁选择单元连接CAN控制器，CAN控制器外设连接至微处理器或内容置于微处理器，同时分别连接第一隔离收发单元和第二隔离收发单元，微处理器还连接故障处理单元，故障处理单元分别连接接收仲裁选择单元、第一隔离收发单元和第二隔离收发单元。

在上述技术方案的基础上，所述接收仲裁选择单元包括第一单稳多谐振荡器和第二单稳多谐振荡器，二者分别连接第一隔离收发单元和第二隔离收发单元，且二者共同连接一个RS触发器，RS触发器分别连接第一与非门和第二与非门，第一与非门接有一个第一反相器；第二与非门接有一个第二反相器，第一反相器和第二反相器共同连接一个或门。

在上述技术方案的基础上，所述或门连接CAN控制器，第一与非门和第二与非门均连接故障处理器。 

在上述技术方案的基础上，所述第一隔离收发单元包括相互连接的第一隔离器件和第一CAN收发器，第二隔离收发单元包括相互连接的第二隔离器件和第二CAN收发器，所述第一CAN收发器和第二CAN收发器分别与其对应的总线连接。

在上述技术方案的基础上，所述第一隔离器件分别连接第一单稳多谐振荡器、第一与非门；第一隔离器件还分别连接CAN控制器和故障处理单元。

在上述技术方案的基础上，所述第二隔离器件分别连接第二单稳多谐振荡器、第二与非门；第二隔离器件还分别连接CAN控制器和故障处理单元。

在上述技术方案的基础上，所述第一隔离收发单元和第二隔离收发单元相同。

本实用新型的有益效果在于：

1.每个CAN节点电路只有一个CAN控制器、双隔离收发单元和双总线的冗余体系结构，保证了整个通讯系统的可靠性和容错能力，降低了硬件成本，简化了开发者的软件设计。

2.数据接收时，接受仲裁选择单元选择先到达的数据作为本次通讯数据，对外发送时则把数据同时发送到两条总线上；两条总线同时处于工作状态，是真正的热冗余。