一種煤礦液壓支架電液控制系統的can總線中繼器的製作方法
2023-10-10 11:24:44 1
專利名稱：一種煤礦液壓支架電液控制系統的can總線中繼器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種CAN總線中繼器，尤其是涉及一種煤礦液壓支架電液控制系統的CAN總線中繼器。
背景技術：
CAN總線是近年來非常流行的幾種現場總線之一，它規範了設備互聯繫統中的物理層和數據鏈路層。是一種多主方式的串行通信總線，可以組建多主對等的總線通信系統，因其非破壞性總線仲裁技術和強大的錯誤檢測機制，其傳輸具有高可靠性，廣泛應用於汽車、航天等工業領域中。在大型的CAN總線網絡系統中，許多的設備掛接在CAN總線上，如圖I。由於CAN總線的帶載能力的限制，不能讓系統中的所有設備都掛在同一根CAN總線上，為此，常把CAN 總線分成幾段，每一段CAN總線上掛接的設備數量減少，保證每段CAN總線能正常驅動設備，並在每段CAN總線之間接入CAN連接器，把分段CAN總線連成一個整體網絡，稱為複合CAN總線,如圖2。目前，CAN總線分段連接多採用CAN緩存器。CAN緩存器跨接在CAN總線上，隨時監控接收每一段CAN總線上的每一幀數據(一幀數據常有幾十位數據)，並緩存在其存儲器中，然後再向另一段CAN總線上競爭發出此幀數據。這兩段CAN總線上的數據不進行實時仲裁處理，並且，當某段CAN總線故障時，不影響另一段CAN總線的運行。但是，因其數據緩存，使數據在複合CAN總線上的傳輸至少有一幀的延時。當把CAN總線用於煤礦液壓支架電液控制系統中，現有的CAN總線分段連接方式不能滿足其實時控制要求。在煤礦液壓支架電液控制系統中，有100多臺支架控制連接成一個線性網絡，某臺支架控制器發出控制信號後，要求另一臺支架控制器能實時執行，並把執行情況反饋回來，便於它做出後續的處理方式。若是CAN緩存器跨接在兩臺支架控制器之間，一臺支架控制器發出的控制信號被CAN緩存器緩存，沒有即時地傳到另一臺支架控制器，第一臺支架控制器就不知道後續的處理方式。為此，需要重新設計一種具有實時傳輸CAN總線中繼器。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能滿足實時傳輸的煤礦液壓支架電液控制系統的CAN總線中繼器。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種煤礦液壓支架電液控制系統的CAN總線中繼器,包括第一 CAN收發器模塊、第二 CAN收發器模塊、第一脈衝寬度限制模塊、第二脈衝寬度限制模塊、第一脈衝後沿延時模塊、第二脈衝後沿延時模塊、優先競爭模塊、第一光耦隔離器、第二光耦隔離器和第三光耦隔離器；
CAN總線第一接口與第一 CAN收發器模塊連接，CAN總線第二接口與第二收發器模塊連接；
第一 CAN收發器模塊與第一脈衝寬度限制模塊連接，第一脈衝寬度限制模塊與第一光耦隔離器連接，第一光耦隔離器與第二 CAN收發器模塊連接，第二 CAN收發器模塊與第二光耦隔離器連接，第二光耦隔離器與第二脈衝寬度限制模塊連接，第二脈衝寬度限制模塊與第一 CAN收發器模塊連接，
第一 CAN收發器模塊與第一脈衝後沿延時模塊連接,第一脈衝後沿延時模塊與優先競爭模塊連接，第二光耦隔離器與第二脈衝後沿延時模塊連接，第二脈衝後沿延時模塊與優先競爭模塊連接，優先競爭模塊與第一 CAN收發器模塊連接，優先競爭模塊通過第三光耦隔離器與第二 CAN收發器模塊連接。2.根據權利要求I所述的一種煤礦液壓支架電液控制系統的CAN總線中繼器，其特徵在於第一 CAN收發器模塊包括型號為TJA1050T的第一晶片，CAN總線第一接口的CAN-H端與第一晶片的第七弓I腳連接，CAN總線第一接口的CAN-L端與第一晶片的第六弓I腳 連接，第一晶片的第三引腳通過第十一電容後接地，第一晶片的第六引腳分別通過第十一電阻和第十五電容後接地，第一晶片的第七引腳分別通過第十電阻和所述的第十五電容後接地，第一晶片的第七引腳通過第十電容後接地，第一晶片的第六引腳通過第九電容接地，第一晶片的第六引腳通過第四穩壓管後接地，第一晶片的第七引腳通過第三穩壓管後接地，
第二 CAN收發器模塊包括型號為TJA1050T的第二晶片，CAN總線第二接口的CAN-H端與第二晶片的第七引腳連接，CAN總線第二接口的CAN-L端與第二晶片的第六引腳連接，第二晶片的第三引腳通過第十四電容後接地，第二晶片的第六引腳分別通過第十二電阻和第十六電容後接地，第二晶片的第七引腳分別通過第十三電阻和所述的第十六電容後接地，第二晶片的第七引腳通過第十二電容後接地，第二晶片的第六引腳通過第十三電容後接地，第二晶片的第六引腳通過第五穩壓管後接地，第二晶片的第七引腳通過第六穩壓管後接地，
第一脈衝寬度限制模塊包括型號為SN74hcl23N的第一單穩觸發器、型號為SN74hc00N的第一與非門和型號為SN74hc00N的第二與非門，第一單穩觸發器的第五引腳與第一與非門的第一輸入端連接，第一單穩觸發器的第九引腳與第二與非門的兩個輸入端連接，第二與非門的輸出端與第一與非門的第二輸入端連接；
第二脈衝寬度限制模塊包括型號為SN74hcl23N的第二單穩觸發器、型號為SN74hc00N的第三與非門和型號為SN74hc00N的第四與非門，第二單穩觸發器的第一引腳與第三與非門的兩個輸入端連接，第二單穩觸發器的第十三引腳與第四與非門的第二輸入端連接，第四與非門的第一輸入端與第三與非門的輸出端連接；
第一光耦隔離器包括型號為6N713的第三晶片，第二光耦隔離器包括型號為6N713的第四晶片，第三光耦隔離器包括型號為6N713的第五晶片；
第一脈衝後沿延時模塊包括型號為SN74hcl23N的第三單穩觸發器和型號為SN74hc00N的第五與非門，第三單穩觸發器的第十二引腳與第五與非門的第一輸入端連接，第三單穩觸發器的第十引腳與第五與非門的第二輸入端連接，
第二脈衝後沿延時模塊包括型號為SN74hcl23N的第四單穩觸發器和型號為SN74hc00N的第六與非門，第四單穩觸發器的第四弓I腳與第六與非門的第二輸入端連接，第四單穩觸發器的第二引腳與第六與非門的第一輸入端連接；
優先競爭模塊包括型號為SN74hc00N的第七與非門和型號為SN74hc00N的第八與非門，第七與非門的輸出端與第八與非門的第二輸入端連接，第七與非門的第二輸入端與第八與非門的輸出端連接；第五與非門的輸出端與第七與非門的第一輸入端連接，第六與非門的輸出端與第八與非門的第一輸入端連接，
第一晶片的第一引腳與第四與非門的輸出端連接，第一晶片的第四引腳與第一單穩觸發器的第九引腳連接，第一晶片的第四引腳與第三單穩觸發器的第十引腳連接，第一晶片的第八引腳與第八與非門的輸出端連接，第七與非門的輸出端與第五晶片的第三引腳連接，第一與非門的輸出端與第三晶片的第三引腳連接，第三與非門的兩個輸入端與第四晶片的第六引腳連接，第五晶片的第六引腳與第二晶片的第八引腳連接，第三晶片的第六引腳與第二晶片的第一引腳連接，第四晶片的第三引腳與第二晶片的第四引腳連接。與現有技術相比，本發明的優點是傳統的CAN總線連接方式大多使用緩存方式，它採用「接收一幀數據——緩存一幀數據——再轉發一幀數據」的方式將CAN總線上的數據流進行互通，CAN總線上數據流的發送和接收有至少一幀的延時，若轉化時發生總線競爭， 則延時更長。本CAN中繼器採用按位轉發，比如CAN總線SI上的一位數據(隱性位)經過CAN收發器模塊I、脈衝寬度限制模塊2、光耦隔離器11、CAN收發器模塊2，在S13的控制下，傳輸到CAN總線S5，具有傳輸速度快的優點。另外，本CAN中繼器還具有CAN總線故障容錯性能，當一邊CAN總線發生故障時，不影響另一邊CAN總線的數據收發。比如CAN總線SI因故障而長時間處於隱性位時，此隱性位經CAN收發器模塊I傳到脈衝寬度限制模塊2時，對此隱性位的時間進行限制，從而反轉為顯性位，此顯性位經光耦隔離器11、CAN收發器模塊4，到達CAN總線S5，因為轉發到CAN總線5的數據是顯性位，不影響CAN總線S5上的設備的數據收發。
圖I為現有技術中的CAN總線網絡系統 圖2為現有技術中的分段CAN總線網絡系統 圖3為本發明的結構框 圖4為本發明的電路圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。—種煤礦液壓支架電液控制系統的CAN總線中繼器,包括第一 CAN收發器模塊I、第二 CAN收發器模塊4、第一脈衝寬度限制模塊2、第二脈衝寬度限制模塊6、第一脈衝後沿延時模塊7、第二脈衝後沿延時模塊8、優先競爭模塊9、第一光稱隔離器11、第二光稱隔離器12和第三光耦隔離器10 ；
CAN總線第一接口 JPl與第一 CAN收發器模塊I連接，CAN總線第二接口 JP2與第二收發器模塊4連接；
第一 CAN收發器模塊I與第一脈衝寬度限制模塊2連接,第一脈衝寬度限制模塊2與第一光耦隔離器11連接，第一光耦隔離器11與第二 CAN收發器模塊4連接，第二 CAN收發器模塊4與第二光耦隔離器12連接，第二光耦隔離器12與第二脈衝寬度限制模塊6連接，第二脈衝寬度限制模塊6與第一 CAN收發器模塊I連接，
第一 CAN收發器模塊I與第一脈衝後沿延時模塊7連接,第一脈衝後沿延時模塊7與優先競爭模塊9連接，第二光耦隔離器12與第二脈衝後沿延時模塊8連接，第二脈衝後沿延時模塊8與優先競爭模塊9連接，優先競爭模塊9與第一 CAN收發器模塊I連接，優先競爭模塊9通過第三光耦隔離器10與第二 CAN收發器模塊4連接。第一 CAN收發器模塊包括型號為TJA1050T的第一晶片U5，CAN總線第一接口 JPl的CAN-H端與第一晶片U5的第七引腳連接，CAN總線第一接口 JPl的CAN-L端與第一晶片U5的第六引腳連接,第一晶片U5的第三引腳通過第^ 電容Cll後接地,第一晶片U5的第六引腳分別通過第十一電阻Rll和第十五電容C15後接地，第一晶片U5的第七引腳分別通過第十電阻RlO和第十五電容C15後接地,第一晶片U5的第七引腳通過第十電容ClO後接地，第一晶片U5的第六引腳通過第九電容C9接地，第一晶片U5的第六引腳通過第四穩壓管D4後接地，第一晶片U5的第七引腳通過第三穩壓管D3後接地，
第二 CAN收發器模塊4包括型號為TJA1050T的第二晶片U6，CAN總線第二接口 JP2的CAN-H端與第二晶片U6的第七引腳連接，CAN總線第二接口 JP2的CAN-L端與第二晶片U6的第六引腳連接，第二晶片U6的第三引腳通過第十四電容C14後接地，第二晶片U6的第六引腳分別通過第十二電阻R12和第十六電容C16後接地，第二晶片U6的第七引腳分別通過第十三電阻R13和第十六電容C16後接地，第二晶片U6的第七引腳通過第十二電容C12後接地，第二晶片U6的第六引腳通過第十三電容C13後接地，第二晶片U6的第六引腳通過第五穩壓管D5後接地，第二晶片U6的第七引腳通過第六穩壓管D6後接地，
第一脈衝寬度限制模塊2包括型號為SN74hcl23N的第一單穩觸發器U10B、型號為SN74hc00N的第一與非門UllC和型號為SN74hc00N的第二與非門U11D，第一單穩觸發器UlOB的第五引腳與第一與非門UllC的第一輸入端連接，第一單穩觸發器UlOB的第九引腳與第二與非門UllD的兩個輸入端連接，第二與非門UllD的輸出端與第一與非門UllC的第二輸入端連接；
第二脈衝寬度限制模塊6包括型號為SN74hcl23N的第二單穩觸發器U10A、型號為SN74hc00N的第三與非門UllB和型號為SN74hc00N的第四與非門U11A，第二單穩觸發器UlOA的第一引腳與第三與非門UllB的兩個輸入端連接，第二單穩觸發器UlOA的第十三引腳與第四與非門UllA的第二輸入端連接,第四與非門UllA的第一輸入端與第三與非門UllB的輸出端連接；
第一光耦隔離器11包括型號為6N713的第三晶片U4，第二光耦隔離器12包括型號為6N713的第四晶片U7，第三光耦隔離器10包括型號為6N713的第五晶片U3 ；
第一脈衝後沿延時模塊7包括型號為SN74hcl23N的第三單穩觸發器U2B和型號為SN74hc00N的第五與非門U1B，第三單穩觸發器U2B的第十二引腳與第五與非門UlB的第一輸入端連接，第三單穩觸發器U2B的第十引腳與第五與非門UlB的第二輸入端連接，
第二脈衝後沿延時模塊8包括型號為SN74hcl23N的第四單穩觸發器U2A和型號為SN74hc00N的第六與非門U1A，第四單穩觸發器U2A的第四引腳與第六與非門UlA的第二輸入端連接，第四單穩觸發器U2A的第二引腳與第六與非門UlA的第一輸入端連接；
優先競爭模塊9包括型號為SN74hc00N的第七與非門UlD和型號為SN74hc00N的第八與非門U1C，第七與非門UlD的輸出端與第八與非門UlC的第二輸入端連接，第七與非門UlD的第二輸入端與第八與非門UlC的輸出端連接；第五與非門UlB的輸出端與第七與非門UlD的第一輸入端連接，第六與非門UlA的輸出端與第八與非門UlC的第一輸入端連接，第一晶片U5的第一引腳與第四與非門UllA的輸出端連接，第一晶片U5的第四引腳與第一單穩觸發器UlOB的第九引腳連接，第一晶片U5的第四引腳與第三單穩觸發器U2B的第十引腳連接，第一晶片U5的第八引腳與第八與非門UlC的輸出端連接，第七與非門UlD的輸出端與第五晶片U3的第三引腳連接，第一與非門UllC的輸出端與第三晶片U4的第三引腳連接，第三與非門UllB的兩個輸入端與第四晶片U7的第六引腳連接，第五晶片U3的第六引腳與第二晶片U6的第八引腳連接，第三晶片U4的第六引腳與第二晶片U6的第一引腳連接，第四晶片U7的第三引腳與第二晶片U6的第四引腳連接。在煤礦綜米工作面液壓支架電液控制系統中引入CAN總線技術，電液控制系統由200多臺支架控制器組成一個線性網絡，整個網絡的長度達1000多米，支架控制器的供電採用分布式供電，CAN總線作為支架控制器間的控制數據交換鏈路。因為CAN總線的驅動能力的限制和分布供電的特點，常把200多臺支架控制器分成多個組，每個組內的支架控制器掛接在同一根CAN總線上，組間採用CAN中繼器把多個CAN總線段聯接成一個複合CAN·總線。本發明涉及一種實時傳輸的CAN中繼器，其內部功能框圖如圖3，由CAN收發器模塊、脈衝寬度限制模塊、脈衝後沿延時模塊、優先競爭模塊、光耦隔離器組成。它跨接在CAN總線上,把CAN總線分開為兩段，隨時監控接收每一段CAN總線上的每一位數據，並同時向另一段CAN總線上競爭發出此位數據。具有傳輸速度快、電氣隔離、雙向按位競爭實時傳輸、總線保護功能。CAN總線上的位信號有兩種狀態，分為顯性位(比如邏輯0)和隱性位(比如邏輯1)，其運算(競爭)規則如下顯性狀態位優於隱性狀態位。當掛接在總線上的一個設備向總線發出顯性位的同時，另一個設備發出隱性位，此時總線表現為顯性位，CAN仲裁機制要求後一個設備停止發送數據。CAN中繼器跨接在CAN總線上，有4種工作狀態，完成兩段CAN總線上信號狀態的同步競爭傳輸，如下表所不。傳輸原則是顯性傳輸，即把一邊CAN總線上的顯性狀態傳輸到另一邊CAN總線上。為了防止CAN總線上數據的循環死鎖，要求傳輸方式只能有為「分時單向傳輸」或「不傳輸」，嚴禁「同時雙向傳輸」。如果是「同時雙向傳輸」，則當SI為顯性位時，它傳到S5，使S5也為顯性位，此時，S5的顯性位也反向傳到SI，使SI為顯性位，從而鎖定SI為顯性位。表I :CAN總線實時隔離傳輸中繼器的傳輸方式
權利要求
1.一種煤礦液壓支架電液控制系統的CAN總線中繼器,其特徵在於包括第一 CAN收發器模塊、第二 CAN收發器模塊、第一脈衝寬度限制模塊、第二脈衝寬度限制模塊、第一脈衝後沿延時模塊、第二脈衝後沿延時模塊、優先競爭模塊、第一光耦隔離器、第二光耦隔離器和第三光耦隔離器； CAN總線第一接口與第一 CAN收發器模塊連接，CAN總線第二接口與第二收發器模塊連接; 第一 CAN收發器模塊與第一脈衝寬度限制模塊連接，第一脈衝寬度限制模塊與第一光耦隔離器連接，第一光耦隔離器與第二 CAN收發器模塊連接，第二 CAN收發器模塊與第二光耦隔離器連接，第二光耦隔離器與第二脈衝寬度限制模塊連接，第二脈衝寬度限制模塊與第一 CAN收發器模塊連接， 第一 CAN收發器模塊與第一脈衝後沿延時模塊連接,第一脈衝後沿延時模塊與優先競爭模塊連接，第二光耦隔離器與第二脈衝後沿延時模塊連接，第二脈衝後沿延時模塊與優先競爭模塊連接，優先競爭模塊與第一 CAN收發器模塊連接，優先競爭模塊通過第三光耦隔離器與第二 CAN收發器模塊連接。
2.根據權利要求I所述的一種煤礦液壓支架電液控制系統的CAN總線中繼器，其特徵在於第一 CAN收發器模塊包括型號為TJA1050T的第一晶片，CAN總線第一接口的CAN-H端與第一晶片的第七引腳連接，CAN總線第一接口的CAN-L端與第一晶片的第六引腳連接，第一晶片的第三引腳通過第十一電容後接地，第一晶片的第六引腳分別通過第十一電阻和第十五電容後接地，第一晶片的第七引腳分別通過第十電阻和所述的第十五電容後接地，第一晶片的第七引腳通過第十電容後接地，第一晶片的第六引腳通過第九電容接地，第一晶片的第六引腳通過第四穩壓管後接地，第一晶片的第七引腳通過第三穩壓管後接地， 第二 CAN收發器模塊包括型號為TJA1050T的第二晶片，CAN總線第二接口的CAN-H端與第二晶片的第七引腳連接，CAN總線第二接口的CAN-L端與第二晶片的第六引腳連接，第二晶片的第三引腳通過第十四電容後接地，第二晶片的第六引腳分別通過第十二電阻和第十六電容後接地，第二晶片的第七引腳分別通過第十三電阻和所述的第十六電容後接地，第二晶片的第七引腳通過第十二電容後接地，第二晶片的第六引腳通過第十三電容後接地，第二晶片的第六引腳通過第五穩壓管後接地，第二晶片的第七引腳通過第六穩壓管後接地， 第一脈衝寬度限制模塊包括型號為SN74hcl23N的第一單穩觸發器、型號為SN74hc00N的第一與非門和型號為SN74hc00N的第二與非門，第一單穩觸發器的第五引腳與第一與非門的第一輸入端連接，第一單穩觸發器的第九引腳與第二與非門的兩個輸入端連接，第二與非門的輸出端與第一與非門的第二輸入端連接； 第二脈衝寬度限制模塊包括型號為SN74hcl23N的第二單穩觸發器、型號為SN74hc00N的第三與非門和型號為SN74hc00N的第四與非門，第二單穩觸發器的第一引腳與第三與非門的兩個輸入端連接，第二單穩觸發器的第十三引腳與第四與非門的第二輸入端連接，第四與非門的第一輸入端與第三與非門的輸出端連接； 第一光耦隔離器包括型號為6N713的第三晶片，第二光耦隔離器包括型號為6N713的第四晶片，第三光耦隔離器包括型號為6N713的第五晶片； 第一脈衝後沿延時模塊包括型號為SN74hcl23N的第三單穩觸發器和型號為SN74hc00N的第五與非門，第三單穩觸發器的第十二引腳與第五與非門的第一輸入端連接，第三單穩觸發器的第十引腳與第五與非門的第二輸入端連接， 第二脈衝後沿延時模塊包括型號為SN74hcl23N的第四單穩觸發器和型號為SN74hc00N的第六與非門，第四單穩觸發器的第四弓I腳與第六與非門的第二輸入端連接，第四單穩觸發器的第二引腳與第六與非門的第一輸入端連接； 優先競爭模塊包括型號為SN74hc00N的第七與非門和型號為SN74hc00N的第八與非門，第七與非門的輸出端與第八與非門的第二輸入端連接，第七與非門的第二輸入端與第八與非門的輸出端連接；第五與非門的輸出端與第七與非門的第一輸入端連接，第六與非門的輸出端與第八與非門的第一輸入端連接，· 第一晶片的第一引腳與第四與非門的輸出端連接，第一晶片的第四引腳與第一單穩觸發器的第九引腳連接，第一晶片的第四引腳與第三單穩觸發器的第十引腳連接，第一晶片的第八引腳與第八與非門的輸出端連接，第七與非門的輸出端與第五晶片的第三引腳連接，第一與非門的輸出端與第三晶片的第三引腳連接，第三與非門的兩個輸入端與第四晶片的第六引腳連接，第五晶片的第六引腳與第二晶片的第八引腳連接，第三晶片的第六引腳與第二晶片的第一引腳連接，第四晶片的第三引腳與第二晶片的第四引腳連接。
全文摘要
本發明公開了一種煤礦液壓支架電液控制系統的CAN總線中繼器，第一CAN收發器模塊與第一脈衝後沿延時模塊連接，第一脈衝後沿延時模塊與優先競爭模塊連接，第二光耦隔離器與第二脈衝後沿延時模塊連接，第二脈衝後沿延時模塊與優先競爭模塊連接，優先競爭模塊與第一CAN收發器模塊連接，優先競爭模塊通過第三光耦隔離器與第二CAN收發器模塊連接，具有實時傳輸，傳輸速度快等優點，同時當一邊CAN總線發生故障時，不影響另一邊CAN總線的數據收發。
文檔編號H04L12/40GK102801594SQ20121023518
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月9日 優先權日2012年7月9日
發明者應永華, 姚志生, 劉慶華, 孫朝輝, 何海瑞 申請人:寧波長壁流體動力科技有限公司