CN109120420A - 一种多通道can总线分析仪 - Google Patents
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Abstract
一种多通道CAN总线分析仪的设计方案，此方案采用ARM 32位芯片作为控制核心处理单元，多个处理单元通过USB总线连接到USB集线器控制模块，多个处理单元采用精确同步技术同步各个处理单元的时间戳。每个处理单元可外接2个CAN收发器并分别与CAN总线进行通信，采用光电耦合器进行隔离，从而在保护电路的同时提高了系统的抗干扰性。自动开关隔离电源为各个处理单元和CAN收发器供电，减少了电脑USB接口的电源消耗。本发明能够实现对多路CAN总线数据的收集和处理，并留有USB接口与PC相连，实现传输、采集、控制终端设备。
Description
技术领域
本发明涉及CAN总线分析仪，特别提供了一种多通道CAN总线分析仪。
背景技术
随着科学技术的发展、生产自动化水平的提高，现场总线越来越受到人们的重视。作为现场总线的一种，CAN(Controller Area Network)总线最早是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网。CAN已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。
CAN总线分析仪是一种用来监测CAN总线当前运行状态的设备，主要功能是分析总线上的各种参数，从而及时给使用者提供一个直观的窗口来观测CAN总线上各种参数以及运行状况。
CAN总线是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称，它是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO11519），是国际上应用最广泛的现场总线之一。
多通道CAN总线分析仪是一种用来检测多个CAN总线运行状态的设备，其主要功能是分析总线上的各种参数，从而及时给使用者提供一个直观的窗口来观测CAN总线上的各种参数及运行状况。 现有的CAN分析仪技术多为单通道或两通道的分析仪，处理器能力弱，功能简单，用户无法根据需要将多路CAN数据同时并行采集处理，这样无法满足多路CAN总线数据的实时同步交换以及分析处理等高级需求。在国内，由于对CAN总线技术研究不足，对CAN产品设计的起步时间较晚，大多数企业没有深入地进行多通道CAN总线分析仪的研究与定制，导致国内的CAN总线分析工具多为一通道或二通道，很少有四通道甚至八通道的设备，难以对国外的技术构成挑战。因此，在多通道CAN总线分析工具领域，几乎全部是国外厂家的产品。这些产品所对应的软件多数为英语环境，部分则是德文，其软件功能强大但操作相当复杂，需要专门的培训才能知道如何操作。
发明内容
本发明的目的在于实现对多路CAN总线数据的收集和处理，并提供USB接口与PC相连，实现传输采集控制终端设备。
一种多通道CAN总线分析仪，采用至少一个ARM 32位芯片作为控制核心处理单元；处理单元通过USB总线连接到USB集线器控制模块；每个处理单元通过光电耦合器外接2个CAN收发器并分别与CAN总线进行通信。
本发明提出了一种多通道CAN总线数据采集分析系统的设计方案，此方案采用ARM32位芯片作为控制核心处理单元，多个处理单元通过USB总线连接到USB集线器控制模块，多个处理单元通过精确同步技术同步各个处理单元的时间戳。每个处理单元可外接2个CAN收发器并分别连接CAN总线进行通信，采用光电耦合器进行隔离，设计了保护电路，提高了系统的抗干扰性。自动开关隔离电源为各个处理单元和CAN收发器供电，减少电脑USB口的电源消耗。
本发明能帮助使用者快速分析、定位被测的多条CAN网络中存在的问题，并且具有成本低廉、操作方便、可扩展性强的特点。同时本发明能够同时对多个CAN总线网络进行分析，使用方便，效率高。
本发明适用于需要CAN总线历史数据采集、故障前后报文分析等系统。可广泛应用于汽车、轨道车辆、工业控制等大数据量且不易排查故障的系统中，便于数据回放。
本发明适用性强，能够广泛支持Windows XP/7/8/10等32/64位操作系统和Linux系统，同时适用于基于IOS、Android、Windows Mobil等平台。为使用者提供统一的应用程序编程接口和完整的应用示范代码，含VC、VB、.Net、Delphi、Labview和C++Builder等开发例程示范，方便使用者进行应用程序开发。使用ECAN Tools软件可执行CAN-bus报文的收发和监测、自动识别波特率等功能以及工作模式的设定。
本发明具有下述性能和特点：
1、PC接口符合USB2.0全速规范，兼容USB1.1及USB3.0；
2、集成多路CAN-bus接口，使用凤凰端子接线方式；
3、支持CAN2.0A和CAN2.0B帧格式，符合ISO/DIS 11898规范；
4、CAN-bus通讯波特率在5Kbps~1Mbps之间任意可编程；
5、使用USB总线电源供电，或使用外接电源(DC+5V，200mA)；
6、CAN-bus接口采用电气隔离，隔离模块绝缘电压：DC 1000V；
7、最高接收数据流量：14000 fps；
8、CAN端接收报文时间戳精度达到1us；
9、支持Windows XP/7/8/10等32/64位操作系统和Linux系统，同时适用于基于iOS、Android、Windows Mobil等平台；
10、支持ECAN Tools测试软件；
11、工作温度范围：-40℃~+85℃。
附图说明
下面结合说明书附图对本发明做进一步详细说明：
图1是多通道CAN总线分析仪的原理图。
图2是多通道CAN总线分析仪的CAN总线网络拓扑结构图。
图3是多通道CAN总线分析仪的二次开发函数调用图。
具体实施方式
本实施例是集成多路CAN接口的高性能型CAN-bus总线分析仪。该型号CAN卡可兼容USB2.0总线全速规范，采用高性能CAN总线分析仪，PC可以通过USB接口快速连接至CAN-bus网络，构成现场总线实验室、工业控制、智能小区、汽车电子网络等CAN-bus网络领域中数据处理、数据采集的CAN-bus网络控制节点。
本实施例是CAN-bus产品开发、CAN-bus数据分析的强大工具，也是便携式系统用户的最佳选择。本实施例自带USB接口，集成CAN接口及电气隔离保护模块，可使其避免由于瞬间过流/过压而对设备造成损坏，增强系统在恶劣环境中使用的可靠性。
本实施例支持WindowsXP/Win7/Win10等32位/64位操作系统。本实施例提供统一的应用程序编程接口和完整的应用示范代码，含VC、VB、.Net、Delphi、Labview和C++Builder等开发例程示范，方便用户进行应用程序开发。
本实施例可使用我公司自主开发的ECANTools通用测试软件，可执行CAN-bus报文的收发和监测等功能。本实施例集成多路CAN通道，可以用于连接多个CAN-bus网络或者CAN-bus接口的设备。接线端子的引脚定义如下表所示。
本实施例具有即插即用的特点，因此用户可以使用PC机的USB接口直接向总线分析仪供电；若USB供电不足，则需选用外部电源供电方式。USB总线供电模式适合于大多数应用场合，例如，当多通道CAN总线分析仪是USB端口连接的唯一设备时。将PC与多通道CAN总线分析仪通过随机附带的USB电缆直接连接，由USB电缆向多通道CAN总线分析仪提供+5V电源；此时，指示灯PWR、SYS点亮，表示设备工作正常且处于待连接状态。外部电源供电模式适合于USB端口不能够向总线分析仪提供足够电流的场合。使用外部电源 连接到总线分析仪的 电源插座，此时指示灯PWR、SYS点亮；然后将PC与总线分析仪通过随机附带的USB电缆连接，总线分析仪即可正常工作。
本实施例集成多路CAN通道，每路CAN由1个3 Pin插拔式接线端子引出。接线端子的引脚定义如表1所示。
表1 总线分析仪的CAN-bus信号分配
实际使用中，大多数情况仅需将CAN_H与总线CAN_H相连，CAN_L与总线CAN_L相连即可实现通信。
CAN-bus网络采用直线拓扑结构，总线最远的2个终端需要安装120Ω的终端电阻；如果节点数目大于2，中间节点不需要安装120Ω的终端电阻。对于分支连接，其长度不应超过3米。CAN-bus 总线的连接见图2所示。
为了增强CAN通讯的可靠性，消除CAN总线终端信号反射干扰，CAN总线网络最远的两个端点通常要加入终端匹配电阻。终端匹配电阻的值由传输电缆的特性阻抗所决定。例如双绞线的特性阻抗为120Ω，则总线上的两个端点也应集成120Ω终端电阻。总线分析仪采用82C251收发器，如果网络上其他节点使用不同的收发器，则终端电阻须另外计算。
本实施例内部已集成120Ω终端电阻，可通过拨码开关选择是否将电阻接入总线。
本实施例具有1个PWR指示灯、1个SYS指示灯、每路CAN分别有1指示灯指示设备的运行状态。指示灯的具体指示功能见表2，指示灯处于各种状态下时，CAN总线的状态如表2所示。
表2 总线分析仪指示灯
多通道CAN总线分析仪上电后，指示灯同时点亮，之后PWR和SYS常亮，但CANn灯不亮，表明设备已经供电，系统完成初始化； USB接口连接正常后，当PC端有上位机软件调用USBCAN设备时，USB信号指示灯SYS会闪烁。此时，当CANn有数据收发时，对应的CANn指示灯会闪烁。
ECANTools软件是本实施例配套的专用调试分析软件。使用该软件，用户可以直观，快速的进行CAN总线数据收发。软件极易使用且扩展功能非常丰富，用户可以很快上手使用。
本实施例为二次开发的用户提供标准的接口函数库，包括：ECANVCI.h、ECANVCI.lib、ECANVCI.dll。该接口函数库均为标准格式，用户可以在VC、VB、Labview等编程环境中，对这些接口函数声明调用，具体使用方法详见“ECAN动态库使用手册”。图3为常用结构体名称及函数库调用流程。
本实施例涉及的错误主要分为函数调用错误和CAN-bus通讯错误两种。 函数调用错误一般由参数错误引起，如：设备号超出范围，类型号错误等，用 Win32函数GetLastError返回的错误号是87，还有的是对未打开的设备进行操作，实际是对一个非法句柄进行操作，根据具体函数调用情况都有相应的 Win32 标准错误码提供，用户可以使用GetLastError 进行错误分析，这部分除错工作一般应该在设计时完成。
对于CAN-bus通讯错误，一般由CAN网络引起，也可能因用户设置不当而引起，如：波特率设置不一致、没有启动CAN控制器便调用发送函数等。大部分错误已经在设备驱动中作了简单的处理，如果要进行更深层次的错误分析和处理，可以调用ReadCANStatus 函数。
另外需要注意的是数据溢出中断错误，它的产生有两种可能：(1) 软件接收缓区冲溢出。 这说明应用程序无法及时处理接收到的数据，这时用户应该优化应用程序或更改通讯策略。(2)硬件接收缓冲区溢出。产生这种错误是由于接收端 PC 中断延迟太大而引起的。只能通过提升计算机性能或协调其余节点适当降低发送速度来解决。
上述实施例只为说明本实施例的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实施例的内容并据以实施，并不能以此限制本实施例的保护范围。凡根据本实施例精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实施例的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种多通道CAN总线分析仪，其特征在于：采用至少一个ARM 32位芯片作为控制核心处理单元；处理单元通过USB总线连接到USB集线器控制模块；每个处理单元通过光电耦合器外接2个CAN收发器并分别与CAN总线进行通信。
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| CN103428050A (zh) * | 2013-08-15 | 2013-12-04 | 上海固泰科技有限公司 | 一种基于can总线的多路can仿真系统 |
| US20170147074A1 (en) * | 2015-11-24 | 2017-05-25 | Ford Global Technologies, Llc | Methods and Systems for Enabling Gesture Control for a Vehicle Feature |
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