专利名称：一种新型的直流载波网络节点控制器局域网络的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用电源导线传输数据的CAN网络，该网络采用了直流载波通信技术。具体地说，组成该局域网络的所有节点模块都包含MC9S08DZ32单片机、直流载波驱动器等。单片机内含CAN网络节点控制器，实现了 CAN网络数据链路层以上的功能。 CAN总线驱动器通过调制解调实现了利用电源导线传输数据。该网络的软件在实时操作系统支撑下运行，网络通信遵循CAN2. 0协议。
背景技术：
实时网络节点控制器局域网络是指通过架设局域网络，连接分布在控制系统中的各实时网络节点控制器。随着集成电路和单片机在控制领域的广泛应用，控制系统中电子控制单元越来越多。在这种情况下，如果仍采用常规的布线方式，即电线一端与开关相接， 另一端与用电设备相通，将导致系统内部电线数目急剧增加。因此控制器局域网络CAN应运而生。如今CAN已经大量运用在各种控制场合，但网络中各网络节点控制器分布在不同位置，有时彼此可能相距很远，因此，网络中连接导线可能很长，而且随着网络中接入设备的增加，布线工作量可呈几何级数递增，网络运行的可靠性也因之降低。因此减少局域网络的连接导线对于降低成本、提高网络运行的可靠性都有重要意义。考虑到CAN总线网络的应用场合主要为车辆等移动设备，其布线空间有限，其意义就更为明显。采用直流载波技术可以在电源导线上传输数据信号，将电源导线和数据导线合二为一，有效减少网络中的连线。局域网络中的每个网络节点控制器都独立承担各自的控制任务，并且一般都具有较高的实时性要求。网络应用层软件若能以多线程方式运行，即可保证各节点控制任务的实时性，也可使网络各节点间的数据通信功能与节点的控制功能相对独立开来。具体地说， 就是网络的收发均以独立的线程来完成。基于以上要求，采用嵌入式操作系统来支撑网络节点软件的运行就是必要的。这样做的另一个好处，就是规范了网络中各节点软件的框架结构，缩短了整体开发周期，增强了软件的可靠性。
发明内容本实用新型的目的是针对大部分现有的CAN控制器局域网采用直流电源导线与 CAN差分信号导线分立连接，由于CAN差分信号导线的存在，使得局域网络连接导线过多， 占用空间较大，可靠性相应降低的问题，设计了一套采用直流载波通信技术的网络节点控制器局域网络，通过直流载波技术合并直流电源线与CAN差分信号线。网络节点控制器的应用程序运行在嵌入式实时控制系统上，网络的收发均以独立的线程来完成，提高了网络节点控制器的实时性和稳定性。本实用新型的技术方案是一种基于直流载波通信的网络节点控制器局域网络，其特征是采用直流载波技术合并直流电源导线与CAN差分信号导线，经直流载波驱动器为网络节点控制器供电并传输报文，各网络节点控制器间的数据交换遵循CAN通信协议。控制器局域网络中的每个节点由MC9S08DZ32单片机、直流载波驱动器、二次稳压电路、液晶显示电路、键盘输入电路、BDM背景调试接口等组成。网络节点控制器的核心是MC9S08DZ32单片机。该单片机内含CAN总线控制器，完成CAN总线数据链路层以上的所有功能。单片机的外围电路包括晶振、6位独立按键、LED 灯、液晶显示接口、16位矩阵键盘接口、A/D接口、CAN总线接口、UART串行通信接口、BDM背
景调试接口等。直流载波驱动器实现CAN总线驱动器的功能，该驱动器将二进制数据信号变成为 FSK信号，从而利用电源导线传输数据。该驱动器还可以实现逐位比较数据碰撞检测。直流载波驱动器和导线组成了 CAN网络物理层。直流载波驱动器采用纯硬件电路，由波形发生器、波形叠加器、放大电路、发射电路、接收电路、检波电路、线路噪声抑制比较器等构成。整个控制器局域网中的各节点模块，都由一个共同的直流电源模块提供12V电压。网络中的每个节点模块都有二次稳压电路，二次稳压电路将导线上的12V 电压变成节点内所需的5V和3. 3V电压。网络节点控制器采用uc/os-ii嵌入式实时操作系统支撑应用软件的运行。可以在个人计算机上用基于c或c++语言的codewarrior IDE开发平台来开发或修改单片机内部的控制程序，然后下载到实时网络节点控制器中的单片机中。本实用新型具有以下优点1、采用直流载波通信技术合并直流电源线与CAN差分信号线，减少了网络中的电气连线，节省了布线空间，降低了网络的复杂度，提高了网络的可靠性。2、本实用新型采用了新颖的纯硬件的直流载波驱动器，在其支撑下，实现了 CAN 2. 0总线协议规定的全部功能。传输速率远高于目前常见的直流载波芯片所能达到的速率。3、网络节点控制器的核心是MC9S08DZ32单片机，该单片机支持BDM背景调试。在网络节点控制器的电路板上，留有一个编程下载口，可用基于c或c++语言的codewarrior IDE开发平台来开发或修改单片机内部的控制程序，然后下载到网络节点控制器中的单片机中，以满足特定的控制要求。4、网络节点控制器的软件部分由嵌入式实时操作系统(uc/os-ii)调度单片机的硬件资源，支持多线程运行，提高了网络节点控制器的稳定性和实时性。软件开发者可在操作系统的平台下编写专门的应用程序，缩短了开发的周期。
图1是本实用新型的总体结构框图图2是网络节点控制器的硬件结构框图图3是网络节点控制器的软件结构框图图4是载波驱动器的硬件结构框图
具体实施方案
以下结合附图和实际实例对本实用新型作进一步的说明[0024]如图1所示，一种使用直流载波通信技术的网络节点控制器局域网络，它主要由网络节点控制器(Al An)、电源导线(B)、直流电源模块(C)组成。如图2所示，网络节点控制器内部包括了 MC9S08DZ32单片机(Ul)、直流载波驱动器(U2)、二次稳压电路(U3)、液晶显示电路(U4)、键盘输入电路(U5)，BDM背景调试接口 (U6)等。直流载波驱动器与电源导线和MC9S08DZ32单片机相连，接收来自电源导线的FSK 信号，通过解调将其还原成TTL电平的二进制数据信号，并发送给单片机。同时也接收来自MC9S08DZ32单片机的二进制数据信号，将其调制成FSK信号发送到电源导线上。直流载波驱动器还具有对总线的监听功能，可以实现逐位比较数据碰撞仲裁检测。MC9S08DZ32单片机(Ul)与直流载波驱动器(U2)、二次稳压电路(U3)、液晶显示模块(U4)、键盘输入电路 (U5)、BDM背景调试接口(U6)等几部分相连。如图3所示，各网络节点控制器的软件由驱动程序和固件(R1)、操作系统内核(R2)、通信协议和库函数(R3)、应用程序(R4)组成。可通过基于c或c++语言的 codewarrior IDE开发平台来开发或修改单片机内部的控制程序，然后下载到实时网络节点控制器中的单片机中，以满足特定的控制要求。如图4所示，各直流载波驱动器的硬件由波形发生器(Μ 1)、波形叠加器(M2)、放大电路(M3)、发射电路(M4)、接收电路(M5)、检波电路(M6)、噪声抑制比较器电路(M7)等构成。本直流载波通信网络节点控制器局域网络可实现的功能有(1)支持 CAN 2. 0Α/Β 通信协议。(2)最高通信速率可达到200kbp/s。(3)支持SCI、SPI、I2C等通信协议的设备连接，由这些接口控制工业现场的设备。(4)软件支持多线程并行处理，网络各节点间的数据通信功能与节点的控制功能相对独立。本实用新型的工作过程如下各网络节点控制器中的MC9S08DZ32单片机运行于嵌入式uc/0S_ii操作系统中。 网络节点控制器软件主要由主控制线程、网络数据接收任务线程和网络数据发送线程组成。主控制线程实现各网络节点控制器各自的控制任务。当主控制线程需要向总线发送数据时，可将数据传递给数据发送线程，由数据发送线程通过直流载波驱动器发送到总线上。 数据接收线程通过直流载波驱动器时刻监听总线上的信号，如果接收到总线发送给本网络节点控制器的数据，就将此数据传递到主控制线程。直流载波驱动器接收来自MC908拟32 单片机的二进制TTL电平的数据信号，通过调制变成FSK信号，发送到总线上。同时接收总线上的FSK信号，通过解调还原成二进制TTL电平的数据信号，并发送给MC9S08DZ32单片机。MC9S08DZ32单片机通过键盘和液晶显示组成的人机界面接收外部指令，并且具有SCI、 SPI、I2C等接口，由这些接口控制工业现场的设备。
权利要求1.一种基于直流载波通信网络节点控制器局域网络，其特征是由网络节点控制器 (Al An)、电源导线(B)、直流电源模块(C)组成，采用直流载波通信技术合并直流电源导线与CAN差分信号导线，直流载波驱动器作为CAN总线驱动器。
2.根据权利要求1所述的一种基于直流载波通信网络节点控制器局域网络，其特征是网络节点控制器内部包括了 MC9S08DZ32单片机(Ul)、直流载波驱动器(似)、二次稳压电路 (U3)、液晶显示电路(U4)、键盘输入电路(U5)，BDM背景调试接口⑴6)，直流载波驱动器与电源导线和MC9S08DZ32单片机相连，接收来自电源导线的FSK信号，通过解调将其还原成 TTL电平的二进制数据信号，并发送给单片机，同时也接收来自MC9S08DZ32单片机的二进制数据信号，将其调制成FSK信号发送到电源导线上，直流载波驱动器还具有对总线的监听功能，可以实现逐位比较数据碰撞仲裁检测，MC9S08DZ32单片机(Ul)与直流载波驱动器 (U2)、二次稳压电路(U3)、液晶显示模块(U4)、键盘输入电路(TO)、BDM背景调试接口(U6) 相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于直流载波通信网络节点控制器局域网络，其特征是直流载波驱动器内部包括了波形发生器(Ml)、波形叠加器(Μ》、放大电路(Μ； )、发射电路 (M4)、接收电路(M5)、检波电路(M6)、噪声抑制比较器电路(M7)。
专利摘要本实用新型提供了一种基于直流载波通信技术的网络节点控制器局域网络，其特征是采用直流载波技术合并电源导线与信号导线，局域网络中的每个节点的硬件由MC9S08DZ32单片机、直流载波驱动器、二次稳压电路、液晶显示电路、键盘输入电路等组成。网络节点控制器的软件在uc/os_ii嵌入式实时操作系统的支撑下，以多线程的方式运行。本实用新型的目的是针对一般现有的CAN局域网均有电源导线和信号导线两套线路，连接导线过多，占用空间较大，局域网可靠性相应降低的问题，设计了一套采用直流载波通信的CAN局域网络，使用直流载波通信技术合并直流电源导线与CAN差分信号导线。网络软件运行在嵌入式实时操作系统上，提高了局域网络的实时性和稳定性。
文档编号H04L12/28GK202077018SQ20102065217
公开日2011年12月14日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者张晓全, 李宁, 王中镇, 葛红宇 申请人:南京工程学院