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CN112532496A - 一种避免冲突的can总线通信网络设计方法 - Google Patents

一种避免冲突的can总线通信网络设计方法 Download PDF

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CN112532496A
CN112532496A CN202011370719.6A CN202011370719A CN112532496A CN 112532496 A CN112532496 A CN 112532496A CN 202011370719 A CN202011370719 A CN 202011370719A CN 112532496 A CN112532496 A CN 112532496A
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CN
China
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slave
equipment
master device
bus
devices
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CN202011370719.6A
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English (en)
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潘计辉
李厚春
许孟孟
张洁琼
田心宇
赵树言
王威
田云鹏
武耀发
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Northwestern Polytechnical University
Xian Aisheng Technology Group Co Ltd
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Xian Aisheng Technology Group Co Ltd
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Publication date
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    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/40006—Architecture of a communication node
    • H—ELECTRICITY
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    • H04L2012/40215—Controller Area Network CAN

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

本发明提供一种避免冲突的CAN总线通信网络设计方法，无人机CAN总线通信网络节点包含1个飞控计算机和多个伺服设备，飞控计算机作为主设备，伺服设备作为从设备；主设备每个通信周期向从设备发送一个携带有ID地址的控制帧，从设备每个通信周期向主设备反馈状态信息；主机在建立20ms通信周期，并依次向从设备发送控制帧，从设备保持侦听状态，接收ID地址与本设备一致的控制帧；从设备接收到数据帧后进行时间同步，开始计时，延时向主设备发送携带有ID地址的反馈数据帧。主设备与从设备间采用主从工作模式，网络节点在不同的时隙占用总线发送数据，该方法避免多个网络节点同时发送数据，从机理上避免网络冲突，保证了通信的实时性和可靠性。

Description

一种避免冲突的CAN总线通信网络设计方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体是一种避免冲突的CAN总线通信网络设计方法。
背景技术
当前无人机航电系统多以串口实现互联，已公知的专利(专利号：CN 110727290A)设备间通过RS422接口点对点方式进行连接，互联线缆多，可扩展性较差。此外，专用航空总线价格昂贵，性价比较差，难以满足无人机低成本需求。
CAN是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，CAN总线传输距离远、通信速率最高可达1Mbps。其采用非破坏总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息发生冲突时，优先级较低的节点会主动的退出发送，而最高优先级的节点可不受影响的继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。
本质上CAN总线并未解决总线多节点的冲突问题，若CAN总线直接应用到航空电子系统中，不进行时序管理，网络中低优先级节点因为总线冲突会频繁退出发送，难以满足航空电子系统实时性和可靠性要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种避免网络冲突的方法，使网络节点在不同的时隙占用总线发送数据，保证了通信的实时性和可靠性。
本发明的技术方案是：一种避免冲突的CAN总线通信网络设计方法，包括以下步骤：
步骤1：搭建设网络系统：包括1个飞控计算机和多个伺服设备，其中飞控计算机作为主设备，伺服设备作为从设备；飞控计算机和多个伺服设备通过CAN互连，主设备每个通信周期向从设备发送一个携带有ID地址的控制帧，从设备每个通信周期向主设备反馈状态信息；
步骤2：定义主设备为最高优先，对从设备编号1到n，从设备优先级依次降低；
步骤3：主设备通过本机20ms中断建立通信周期并发起通信，按照从设备编号依次向总线发送携带有ID地址的控制帧；
步骤4：从设备保持侦听状态，接收ID地址与本设备一致的控制帧，接收到数据帧后与总线建立同步；
步骤5：从设备依据同步点开始计时，延时向主设备发送携带有ID地址的反馈数据帧，
步骤6：主设备接收从设备反馈数据帧。
本发明进一步的技术方案是：所述主设备与从设备之间的通信周期为20ms。
本发明进一步的技术方案是：所述从设备编号1到12，从设备优先级依次降低。
本发明进一步的技术方案是：所述从设备的优先级根据编号依次降低，编号越大，优先级越低。
本发明进一步的技术方案是：所述步骤5中的延时时长为0.5*(n-1)+4ms，n为设备编号。
发明效果
本发明的技术效果在于：本发明利用主节点作为通信发起者，从节点的通信都是由主节点发起的，从机理上避免网络冲突，网络节点在不同的时隙占用总线发送数据，保证了通信的实时性和可靠性。采用CAN总线技术作为无人机通信网络，互联简单，便于系统升级，具有较高的性价比。
附图说明
图1本发明实施例中一种避免冲突的CAN总线通信网络及方法的流程图；
图2本发明实施例中总线时序图；
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见图1—图2，一种避免冲突的CAN总线通信网络及方法，无人机CAN总线通信网络节点包含1个飞控计算机和多个伺服设备，飞控计算机作为主设备，伺服设备作为从设备；主设备与从设备通信周期为20ms，主设备每个通信周期向从设备发送一个携带有ID地址的控制帧，从设备每个通信周期向主设备反馈状态信息。其特征包括：
步骤1：主设备为最高优先，对从设备编号1到n，从设备优先级依次降低；
步骤2：主设备通过本机20ms中断建立通信周期并发起通信，按照从设备编号依次向总线发送携带有ID地址的控制帧；
步骤3：从设备保持侦听状态，接收ID地址与本设备一致的控制帧，接收到数据帧后与总线建立同步；
步骤4：从设备依据同步点开始计时，延时向主设备发送携带有ID地址的反馈数据帧，延时时长为0.5*(n-1)+4ms，n为设备编号。
所述的飞控计算机和多个伺服设备通过CAN互联，飞控计算机作为主设备，伺服设备作为从设备，主设备与从设备通信周期为20ms。
主设备为最高优先，对从设备编号1到13，从设备优先级依次降低。
主设备通过本机20ms中断建立通信周期并发起通信，按照从设备编号依次向总线发送从设备的控制帧，从设备保持侦听状态，接收ID地址与本设备一致的控制帧，接收到数据帧后与总线建立同步，从设备依据开始从同步点计时，延时向主设备发送携带有ID地址的反馈数据帧，延时时长为0.5*(n-1)+4ms，n为设备编号。下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明实施例提供一种避免冲突的CAN总线通信网络及方法，系统包括1个飞控计算机和12个伺服设备，飞控计算机作为主设备，伺服设备作为从设备。
12个伺服设备为：左外副翼舵机、左内副翼舵机、左襟翼舵机、左升降舵机、左方向舵机、左风门舵机、右外副翼舵机、右内副翼舵机、右襟翼舵机、右升降舵机、右方向舵机、右风门舵机。
飞控计算机与伺服设备通信周期为20ms，通信速率为500kbps，主设备每个通信周期必须向各从设备发送1个控制帧，伺服设备依据控制帧控制无人机舵面偏转，每个通信周期各伺服设备必须向飞控计算机发送1个具有状态信息的反馈帧。
配置节点优先级，飞控计算机为最高优先，对伺服设备编号由1到12：左升降舵机、右升降舵机、左方向舵机、右方向舵机、左外副翼舵机、右外副翼舵机、左内副翼舵机、右内副翼舵机、左襟翼舵机、右襟翼舵机、左风门舵机、右风门舵机，伺服设备优先级依据编号依次降低。
飞控计算机通过本机20ms中断建立通信周期发起通信，按照从设备编号依次向总线发送多个携带有ID地址的控制帧。
舵机保持侦听状态，接收ID地址与本设备一致的控制帧，接收到数据帧后与总线建立同步，舵机依据开始从同步点计时，延时向飞控机发送反馈数据帧，延时时长为0.5*(n-1)+4ms，n为设备编号。
参见图1所示，本发明实施中一种避免冲突的CAN总线通信网络及方法，具体包括以下步骤：
步骤101：主从设备初始化，主设备为最高优先，对从设备编号1到n，从设备优先级依次降低；
步骤102：主设备通过本机20ms中断建立通信周期并发起通信；
步骤103：主设备按照从设备编号依次向总线发送携带有ID地址的控制帧；
步骤104：从设备保持侦听状态，接收ID地址与本设备一致的控制帧，接收到数据帧后与总线建立同步；
步骤105：从设备依据同步点开始计时，延时向主设备发送携带有ID地址的反馈数据帧，延时时长为0.5×(n-1)+4ms，n为设备编号。
步骤106：主设备接收从设备反馈数据帧。
飞控计算机与舵机之间采用主从工作模式，网络节点在不同的时隙占用总线发送数据，该方法避免多个网络节点同时发送数据，避免网络冲突，保证了通信的实时性和可靠性。
本发明实施例利用时分解决CAN总线通信冲突的问题，使网络节点在不同的时隙占用总线发送数据，飞控计算机与舵机之间通信帧采用标准帧，每帧共108位，传输时间为216微秒。
参见图1所示，20ms为一个通信周期，0ms时刻主设备建立通信周期并发起通信；
201为主设备连续发送12个从设备的控制帧，占用总线2592微秒；
编号为1从设备接收ID地址与本设备一致的控制帧，启动计时，计时4ms后发送反馈帧，202为编号为1从设备发送的反馈帧；
编号为2从设备接收ID地址与本设备一致的控制帧，启动计时，计时4.5ms后发送反馈帧，203为编号为1从设备发送的反馈帧；
依次类推，编号为12从设备接收ID地址与本设备一致的控制帧，启动计时，计时0.5×(12-1)+4ms后发送反馈帧，213为编号为1从设备发送的反馈帧；
飞控计算机与舵机之间采用主从工作模式，网络节点在不同的时隙占用总线发送数据，该方法避免多个网络节点同时发送数据，避免网络冲突，保证了通信的实时性和可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种避免冲突的CAN总线通信网络设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：搭建设网络系统：包括1个飞控计算机和多个伺服设备，其中飞控计算机作为主设备，伺服设备作为从设备；飞控计算机和多个伺服设备通过CAN互连，主设备每个通信周期向从设备发送一个携带有ID地址的控制帧，从设备每个通信周期向主设备反馈状态信息；
步骤2：定义主设备为最高优先，对从设备编号1到n，从设备优先级依次降低；
步骤3：主设备通过本机20ms中断建立通信周期并发起通信，按照从设备编号依次向总线发送携带有ID地址的控制帧；
步骤4：从设备保持侦听状态，接收ID地址与本设备一致的控制帧，接收到数据帧后与总线建立同步；
步骤5：从设备依据同步点开始计时，延时向主设备发送携带有ID地址的反馈数据帧，
步骤6：主设备接收从设备反馈数据帧。
2.如权利要求1所述的一种避免冲突的CAN总线通信网络设计方法，其特征在于，所述主设备与从设备之间的通信周期为20ms。
3.如权利要求1所述的一种避免冲突的CAN总线通信网络及方法，其特征在于：所述从设备编号1到12，从设备优先级依次降低。
4.如权利要求3所述的一种避免冲突的CAN总线通信网络设计方法，其特征在于，所述从设备的优先级根据编号依次降低，编号越大，优先级越低。
5.如权利要求1所述的一种避免冲突的CAN总线通信网络设计方法，其特征在于，所述步骤5中的延时时长为0.5*(n-1)+4ms，n为设备编号。
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