专利名称：一种煤矿液压支架电液控制系统的can总线中继器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种CAN总线中继器，尤其是涉及一种煤矿液压支架电液控制系统的CAN总线中继器。
背景技术：
CAN总线是近年来非常流行的几种现场总线之一，它规范了设备互联系统中的物理层和数据链路层。是一种多主方式的串行通信总线，可以组建多主对等的总线通信系统，因其非破坏性总线仲裁技术和强大的错误检测机制，其传输具有高可靠性，广泛应用于汽车、航天等工业领域中。在大型的CAN总线网络系统中，许多的设备挂接在CAN总线上，如图I。由于CAN总线的带载能力的限制，不能让系统中的所有设备都挂在同一根CAN总线上，为此，常把CAN 总线分成几段，每一段CAN总线上挂接的设备数量减少，保证每段CAN总线能正常驱动设备，并在每段CAN总线之间接入CAN连接器，把分段CAN总线连成一个整体网络，称为复合CAN总线,如图2。目前，CAN总线分段连接多采用CAN缓存器。CAN缓存器跨接在CAN总线上，随时监控接收每一段CAN总线上的每一帧数据(一帧数据常有几十位数据)，并缓存在其存储器中，然后再向另一段CAN总线上竞争发出此帧数据。这两段CAN总线上的数据不进行实时仲裁处理，并且，当某段CAN总线故障时，不影响另一段CAN总线的运行。但是，因其数据缓存，使数据在复合CAN总线上的传输至少有一帧的延时。当把CAN总线用于煤矿液压支架电液控制系统中，现有的CAN总线分段连接方式不能满足其实时控制要求。在煤矿液压支架电液控制系统中，有100多台支架控制连接成一个线性网络，某台支架控制器发出控制信号后，要求另一台支架控制器能实时执行，并把执行情况反馈回来，便于它做出后续的处理方式。若是CAN缓存器跨接在两台支架控制器之间，一台支架控制器发出的控制信号被CAN缓存器缓存，没有即时地传到另一台支架控制器，第一台支架控制器就不知道后续的处理方式。为此，需要重新设计一种具有实时传输CAN总线中继器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能满足实时传输的煤矿液压支架电液控制系统的CAN总线中继器。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种煤矿液压支架电液控制系统的CAN总线中继器,包括第一 CAN收发器模块、第二 CAN收发器模块、第一脉冲宽度限制模块、第二脉冲宽度限制模块、第一脉冲后沿延时模块、第二脉冲后沿延时模块、优先竞争模块、第一光耦隔离器、第二光耦隔离器和第三光耦隔离器；
CAN总线第一接口与第一 CAN收发器模块连接，CAN总线第二接口与第二收发器模块连接；
第一 CAN收发器模块与第一脉冲宽度限制模块连接，第一脉冲宽度限制模块与第一光耦隔离器连接，第一光耦隔离器与第二 CAN收发器模块连接，第二 CAN收发器模块与第二光耦隔离器连接，第二光耦隔离器与第二脉冲宽度限制模块连接，第二脉冲宽度限制模块与第一 CAN收发器模块连接，
第一 CAN收发器模块与第一脉冲后沿延时模块连接,第一脉冲后沿延时模块与优先竞争模块连接，第二光耦隔离器与第二脉冲后沿延时模块连接，第二脉冲后沿延时模块与优先竞争模块连接，优先竞争模块与第一 CAN收发器模块连接，优先竞争模块通过第三光耦隔离器与第二 CAN收发器模块连接。2.根据权利要求I所述的一种煤矿液压支架电液控制系统的CAN总线中继器，其特征在于第一 CAN收发器模块包括型号为TJA1050T的第一芯片，CAN总线第一接口的CAN-H端与第一芯片的第七弓I脚连接，CAN总线第一接口的CAN-L端与第一芯片的第六弓I脚 连接，第一芯片的第三引脚通过第十一电容后接地，第一芯片的第六引脚分别通过第十一电阻和第十五电容后接地，第一芯片的第七引脚分别通过第十电阻和所述的第十五电容后接地，第一芯片的第七引脚通过第十电容后接地，第一芯片的第六引脚通过第九电容接地，第一芯片的第六引脚通过第四稳压管后接地，第一芯片的第七引脚通过第三稳压管后接地，
第二 CAN收发器模块包括型号为TJA1050T的第二芯片，CAN总线第二接口的CAN-H端与第二芯片的第七引脚连接，CAN总线第二接口的CAN-L端与第二芯片的第六引脚连接，第二芯片的第三引脚通过第十四电容后接地，第二芯片的第六引脚分别通过第十二电阻和第十六电容后接地，第二芯片的第七引脚分别通过第十三电阻和所述的第十六电容后接地，第二芯片的第七引脚通过第十二电容后接地，第二芯片的第六引脚通过第十三电容后接地，第二芯片的第六引脚通过第五稳压管后接地，第二芯片的第七引脚通过第六稳压管后接地，
第一脉冲宽度限制模块包括型号为SN74hcl23N的第一单稳触发器、型号为SN74hc00N的第一与非门和型号为SN74hc00N的第二与非门，第一单稳触发器的第五引脚与第一与非门的第一输入端连接，第一单稳触发器的第九引脚与第二与非门的两个输入端连接，第二与非门的输出端与第一与非门的第二输入端连接；
第二脉冲宽度限制模块包括型号为SN74hcl23N的第二单稳触发器、型号为SN74hc00N的第三与非门和型号为SN74hc00N的第四与非门，第二单稳触发器的第一引脚与第三与非门的两个输入端连接，第二单稳触发器的第十三引脚与第四与非门的第二输入端连接，第四与非门的第一输入端与第三与非门的输出端连接；
第一光耦隔离器包括型号为6N713的第三芯片，第二光耦隔离器包括型号为6N713的第四芯片，第三光耦隔离器包括型号为6N713的第五芯片；
第一脉冲后沿延时模块包括型号为SN74hcl23N的第三单稳触发器和型号为SN74hc00N的第五与非门，第三单稳触发器的第十二引脚与第五与非门的第一输入端连接，第三单稳触发器的第十引脚与第五与非门的第二输入端连接，
第二脉冲后沿延时模块包括型号为SN74hcl23N的第四单稳触发器和型号为SN74hc00N的第六与非门，第四单稳触发器的第四弓I脚与第六与非门的第二输入端连接，第四单稳触发器的第二引脚与第六与非门的第一输入端连接；
优先竞争模块包括型号为SN74hc00N的第七与非门和型号为SN74hc00N的第八与非门，第七与非门的输出端与第八与非门的第二输入端连接，第七与非门的第二输入端与第八与非门的输出端连接；第五与非门的输出端与第七与非门的第一输入端连接，第六与非门的输出端与第八与非门的第一输入端连接，
第一芯片的第一引脚与第四与非门的输出端连接，第一芯片的第四引脚与第一单稳触发器的第九引脚连接，第一芯片的第四引脚与第三单稳触发器的第十引脚连接，第一芯片的第八引脚与第八与非门的输出端连接，第七与非门的输出端与第五芯片的第三引脚连接，第一与非门的输出端与第三芯片的第三引脚连接，第三与非门的两个输入端与第四芯片的第六引脚连接，第五芯片的第六引脚与第二芯片的第八引脚连接，第三芯片的第六引脚与第二芯片的第一引脚连接，第四芯片的第三引脚与第二芯片的第四引脚连接。与现有技术相比，本发明的优点是传统的CAN总线连接方式大多使用缓存方式，它采用“接收一帧数据——缓存一帧数据——再转发一帧数据”的方式将CAN总线上的数据流进行互通，CAN总线上数据流的发送和接收有至少一帧的延时，若转化时发生总线竞争， 则延时更长。本CAN中继器采用按位转发，比如CAN总线SI上的一位数据(隐性位)经过CAN收发器模块I、脉冲宽度限制模块2、光耦隔离器11、CAN收发器模块2，在S13的控制下，传输到CAN总线S5，具有传输速度快的优点。另外，本CAN中继器还具有CAN总线故障容错性能，当一边CAN总线发生故障时，不影响另一边CAN总线的数据收发。比如CAN总线SI因故障而长时间处于隐性位时，此隐性位经CAN收发器模块I传到脉冲宽度限制模块2时，对此隐性位的时间进行限制，从而反转为显性位，此显性位经光耦隔离器11、CAN收发器模块4，到达CAN总线S5，因为转发到CAN总线5的数据是显性位，不影响CAN总线S5上的设备的数据收发。
图I为现有技术中的CAN总线网络系统 图2为现有技术中的分段CAN总线网络系统 图3为本发明的结构框 图4为本发明的电路图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。—种煤矿液压支架电液控制系统的CAN总线中继器,包括第一 CAN收发器模块I、第二 CAN收发器模块4、第一脉冲宽度限制模块2、第二脉冲宽度限制模块6、第一脉冲后沿延时模块7、第二脉冲后沿延时模块8、优先竞争模块9、第一光稱隔离器11、第二光稱隔离器12和第三光耦隔离器10 ；
CAN总线第一接口 JPl与第一 CAN收发器模块I连接，CAN总线第二接口 JP2与第二收发器模块4连接；
第一 CAN收发器模块I与第一脉冲宽度限制模块2连接,第一脉冲宽度限制模块2与第一光耦隔离器11连接，第一光耦隔离器11与第二 CAN收发器模块4连接，第二 CAN收发器模块4与第二光耦隔离器12连接，第二光耦隔离器12与第二脉冲宽度限制模块6连接，第二脉冲宽度限制模块6与第一 CAN收发器模块I连接，
第一 CAN收发器模块I与第一脉冲后沿延时模块7连接,第一脉冲后沿延时模块7与优先竞争模块9连接，第二光耦隔离器12与第二脉冲后沿延时模块8连接，第二脉冲后沿延时模块8与优先竞争模块9连接，优先竞争模块9与第一 CAN收发器模块I连接，优先竞争模块9通过第三光耦隔离器10与第二 CAN收发器模块4连接。第一 CAN收发器模块包括型号为TJA1050T的第一芯片U5，CAN总线第一接口 JPl的CAN-H端与第一芯片U5的第七引脚连接，CAN总线第一接口 JPl的CAN-L端与第一芯片U5的第六引脚连接,第一芯片U5的第三引脚通过第^ 电容Cll后接地,第一芯片U5的第六引脚分别通过第十一电阻Rll和第十五电容C15后接地，第一芯片U5的第七引脚分别通过第十电阻RlO和第十五电容C15后接地,第一芯片U5的第七引脚通过第十电容ClO后接地，第一芯片U5的第六引脚通过第九电容C9接地，第一芯片U5的第六引脚通过第四稳压管D4后接地，第一芯片U5的第七引脚通过第三稳压管D3后接地，
第二 CAN收发器模块4包括型号为TJA1050T的第二芯片U6，CAN总线第二接口 JP2的CAN-H端与第二芯片U6的第七引脚连接，CAN总线第二接口 JP2的CAN-L端与第二芯片U6的第六引脚连接，第二芯片U6的第三引脚通过第十四电容C14后接地，第二芯片U6的第六引脚分别通过第十二电阻R12和第十六电容C16后接地，第二芯片U6的第七引脚分别通过第十三电阻R13和第十六电容C16后接地，第二芯片U6的第七引脚通过第十二电容C12后接地，第二芯片U6的第六引脚通过第十三电容C13后接地，第二芯片U6的第六引脚通过第五稳压管D5后接地，第二芯片U6的第七引脚通过第六稳压管D6后接地，
第一脉冲宽度限制模块2包括型号为SN74hcl23N的第一单稳触发器U10B、型号为SN74hc00N的第一与非门UllC和型号为SN74hc00N的第二与非门U11D，第一单稳触发器UlOB的第五引脚与第一与非门UllC的第一输入端连接，第一单稳触发器UlOB的第九引脚与第二与非门UllD的两个输入端连接，第二与非门UllD的输出端与第一与非门UllC的第二输入端连接；
第二脉冲宽度限制模块6包括型号为SN74hcl23N的第二单稳触发器U10A、型号为SN74hc00N的第三与非门UllB和型号为SN74hc00N的第四与非门U11A，第二单稳触发器UlOA的第一引脚与第三与非门UllB的两个输入端连接，第二单稳触发器UlOA的第十三引脚与第四与非门UllA的第二输入端连接,第四与非门UllA的第一输入端与第三与非门UllB的输出端连接；
第一光耦隔离器11包括型号为6N713的第三芯片U4，第二光耦隔离器12包括型号为6N713的第四芯片U7，第三光耦隔离器10包括型号为6N713的第五芯片U3 ；
第一脉冲后沿延时模块7包括型号为SN74hcl23N的第三单稳触发器U2B和型号为SN74hc00N的第五与非门U1B，第三单稳触发器U2B的第十二引脚与第五与非门UlB的第一输入端连接，第三单稳触发器U2B的第十引脚与第五与非门UlB的第二输入端连接，
第二脉冲后沿延时模块8包括型号为SN74hcl23N的第四单稳触发器U2A和型号为SN74hc00N的第六与非门U1A，第四单稳触发器U2A的第四引脚与第六与非门UlA的第二输入端连接，第四单稳触发器U2A的第二引脚与第六与非门UlA的第一输入端连接；
优先竞争模块9包括型号为SN74hc00N的第七与非门UlD和型号为SN74hc00N的第八与非门U1C，第七与非门UlD的输出端与第八与非门UlC的第二输入端连接，第七与非门UlD的第二输入端与第八与非门UlC的输出端连接；第五与非门UlB的输出端与第七与非门UlD的第一输入端连接，第六与非门UlA的输出端与第八与非门UlC的第一输入端连接，第一芯片U5的第一引脚与第四与非门UllA的输出端连接，第一芯片U5的第四引脚与第一单稳触发器UlOB的第九引脚连接，第一芯片U5的第四引脚与第三单稳触发器U2B的第十引脚连接，第一芯片U5的第八引脚与第八与非门UlC的输出端连接，第七与非门UlD的输出端与第五芯片U3的第三引脚连接，第一与非门UllC的输出端与第三芯片U4的第三引脚连接，第三与非门UllB的两个输入端与第四芯片U7的第六引脚连接，第五芯片U3的第六引脚与第二芯片U6的第八引脚连接，第三芯片U4的第六引脚与第二芯片U6的第一引脚连接，第四芯片U7的第三引脚与第二芯片U6的第四引脚连接。在煤矿综米工作面液压支架电液控制系统中引入CAN总线技术，电液控制系统由200多台支架控制器组成一个线性网络，整个网络的长度达1000多米，支架控制器的供电采用分布式供电，CAN总线作为支架控制器间的控制数据交换链路。因为CAN总线的驱动能力的限制和分布供电的特点，常把200多台支架控制器分成多个组，每个组内的支架控制器挂接在同一根CAN总线上，组间采用CAN中继器把多个CAN总线段联接成一个复合CAN·总线。本发明涉及一种实时传输的CAN中继器，其内部功能框图如图3，由CAN收发器模块、脉冲宽度限制模块、脉冲后沿延时模块、优先竞争模块、光耦隔离器组成。它跨接在CAN总线上,把CAN总线分开为两段，随时监控接收每一段CAN总线上的每一位数据，并同时向另一段CAN总线上竞争发出此位数据。具有传输速度快、电气隔离、双向按位竞争实时传输、总线保护功能。CAN总线上的位信号有两种状态，分为显性位(比如逻辑0)和隐性位(比如逻辑1)，其运算(竞争)规则如下显性状态位优于隐性状态位。当挂接在总线上的一个设备向总线发出显性位的同时，另一个设备发出隐性位，此时总线表现为显性位，CAN仲裁机制要求后一个设备停止发送数据。CAN中继器跨接在CAN总线上，有4种工作状态，完成两段CAN总线上信号状态的同步竞争传输，如下表所不。传输原则是显性传输，即把一边CAN总线上的显性状态传输到另一边CAN总线上。为了防止CAN总线上数据的循环死锁，要求传输方式只能有为“分时单向传输”或“不传输”，严禁“同时双向传输”。如果是“同时双向传输”，则当SI为显性位时，它传到S5，使S5也为显性位，此时，S5的显性位也反向传到SI，使SI为显性位，从而锁定SI为显性位。表I :CAN总线实时隔离传输中继器的传输方式
权利要求
1.一种煤矿液压支架电液控制系统的CAN总线中继器,其特征在于包括第一 CAN收发器模块、第二 CAN收发器模块、第一脉冲宽度限制模块、第二脉冲宽度限制模块、第一脉冲后沿延时模块、第二脉冲后沿延时模块、优先竞争模块、第一光耦隔离器、第二光耦隔离器和第三光耦隔离器； CAN总线第一接口与第一 CAN收发器模块连接，CAN总线第二接口与第二收发器模块连接; 第一 CAN收发器模块与第一脉冲宽度限制模块连接，第一脉冲宽度限制模块与第一光耦隔离器连接，第一光耦隔离器与第二 CAN收发器模块连接，第二 CAN收发器模块与第二光耦隔离器连接，第二光耦隔离器与第二脉冲宽度限制模块连接，第二脉冲宽度限制模块与第一 CAN收发器模块连接， 第一 CAN收发器模块与第一脉冲后沿延时模块连接,第一脉冲后沿延时模块与优先竞争模块连接，第二光耦隔离器与第二脉冲后沿延时模块连接，第二脉冲后沿延时模块与优先竞争模块连接，优先竞争模块与第一 CAN收发器模块连接，优先竞争模块通过第三光耦隔离器与第二 CAN收发器模块连接。
2.根据权利要求I所述的一种煤矿液压支架电液控制系统的CAN总线中继器，其特征在于第一 CAN收发器模块包括型号为TJA1050T的第一芯片，CAN总线第一接口的CAN-H端与第一芯片的第七引脚连接，CAN总线第一接口的CAN-L端与第一芯片的第六引脚连接，第一芯片的第三引脚通过第十一电容后接地，第一芯片的第六引脚分别通过第十一电阻和第十五电容后接地，第一芯片的第七引脚分别通过第十电阻和所述的第十五电容后接地，第一芯片的第七引脚通过第十电容后接地，第一芯片的第六引脚通过第九电容接地，第一芯片的第六引脚通过第四稳压管后接地，第一芯片的第七引脚通过第三稳压管后接地， 第二 CAN收发器模块包括型号为TJA1050T的第二芯片，CAN总线第二接口的CAN-H端与第二芯片的第七引脚连接，CAN总线第二接口的CAN-L端与第二芯片的第六引脚连接，第二芯片的第三引脚通过第十四电容后接地，第二芯片的第六引脚分别通过第十二电阻和第十六电容后接地，第二芯片的第七引脚分别通过第十三电阻和所述的第十六电容后接地，第二芯片的第七引脚通过第十二电容后接地，第二芯片的第六引脚通过第十三电容后接地，第二芯片的第六引脚通过第五稳压管后接地，第二芯片的第七引脚通过第六稳压管后接地， 第一脉冲宽度限制模块包括型号为SN74hcl23N的第一单稳触发器、型号为SN74hc00N的第一与非门和型号为SN74hc00N的第二与非门，第一单稳触发器的第五引脚与第一与非门的第一输入端连接，第一单稳触发器的第九引脚与第二与非门的两个输入端连接，第二与非门的输出端与第一与非门的第二输入端连接； 第二脉冲宽度限制模块包括型号为SN74hcl23N的第二单稳触发器、型号为SN74hc00N的第三与非门和型号为SN74hc00N的第四与非门，第二单稳触发器的第一引脚与第三与非门的两个输入端连接，第二单稳触发器的第十三引脚与第四与非门的第二输入端连接，第四与非门的第一输入端与第三与非门的输出端连接； 第一光耦隔离器包括型号为6N713的第三芯片，第二光耦隔离器包括型号为6N713的第四芯片，第三光耦隔离器包括型号为6N713的第五芯片； 第一脉冲后沿延时模块包括型号为SN74hcl23N的第三单稳触发器和型号为SN74hc00N的第五与非门，第三单稳触发器的第十二引脚与第五与非门的第一输入端连接，第三单稳触发器的第十引脚与第五与非门的第二输入端连接， 第二脉冲后沿延时模块包括型号为SN74hcl23N的第四单稳触发器和型号为SN74hc00N的第六与非门，第四单稳触发器的第四弓I脚与第六与非门的第二输入端连接，第四单稳触发器的第二引脚与第六与非门的第一输入端连接； 优先竞争模块包括型号为SN74hc00N的第七与非门和型号为SN74hc00N的第八与非门，第七与非门的输出端与第八与非门的第二输入端连接，第七与非门的第二输入端与第八与非门的输出端连接；第五与非门的输出端与第七与非门的第一输入端连接，第六与非门的输出端与第八与非门的第一输入端连接，· 第一芯片的第一引脚与第四与非门的输出端连接，第一芯片的第四引脚与第一单稳触发器的第九引脚连接，第一芯片的第四引脚与第三单稳触发器的第十引脚连接，第一芯片的第八引脚与第八与非门的输出端连接，第七与非门的输出端与第五芯片的第三引脚连接，第一与非门的输出端与第三芯片的第三引脚连接，第三与非门的两个输入端与第四芯片的第六引脚连接，第五芯片的第六引脚与第二芯片的第八引脚连接，第三芯片的第六引脚与第二芯片的第一引脚连接，第四芯片的第三引脚与第二芯片的第四引脚连接。
全文摘要
本发明公开了一种煤矿液压支架电液控制系统的CAN总线中继器，第一CAN收发器模块与第一脉冲后沿延时模块连接，第一脉冲后沿延时模块与优先竞争模块连接，第二光耦隔离器与第二脉冲后沿延时模块连接，第二脉冲后沿延时模块与优先竞争模块连接，优先竞争模块与第一CAN收发器模块连接，优先竞争模块通过第三光耦隔离器与第二CAN收发器模块连接，具有实时传输，传输速度快等优点，同时当一边CAN总线发生故障时，不影响另一边CAN总线的数据收发。
文档编号H04L12/40GK102801594SQ20121023518
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者应永华, 姚志生, 刘庆华, 孙朝辉, 何海瑞 申请人:宁波长壁流体动力科技有限公司