船舶柴油发电机组监控星型CAN总线的波特率调控结构和方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于船舶柴油发电机组监控星型CAN总线的调控架构以及方法，其包括CAN通讯接口模块、CAN数据帧ID计数模块、数据帧平均间隔时间计算模块、波特率调控单元以及通讯速率调控模块。本发明专利技术波特率调控单元主要实现两个功能：自动匹配支路波特率功能可自动调节各支路CAN总线波特率，匹配相应支路设备的波特率以实现正常通讯；波特率主动控制功能可在总线通讯质量下降时，主动地控制并请求各支路所有设备降低波特率以提高通讯抗干扰能力。本发明专利技术具有根据不同CAN总线支路设备的重要程度以及CAN总线实时状态，灵活主动配置各支路波特率和通讯速率的优势，使各支路总线利用率长期维持在健康范围，显著提升船舶柴油发电机组监控系统通讯可靠性。发电机组监控系统通讯可靠性。发电机组监控系统通讯可靠性。

【技术实现步骤摘要】
船舶柴油发电机组监控星型CAN总线的波特率调控结构和方法


[0001]本专利技术属于船舶柴油发电机组监控CAN通讯
，具体涉及船舶柴油发电机组监控星型CAN总线的波特率调控方法，以提高复杂船舶电磁环境下CAN通讯可靠性。

技术介绍

[0002]船舶柴油发电机组及其辅助系统中，一般至少包含两台柴油机、两台发电机、发电机故障监测装置、油位测量装置、燃油含水监测装置、柴油机辅助系统控制装置等设备，所有设备均通过CAN总线向柴油发电机组监控中心实时发送状态参数。由于各设备重要等级不同、在舱室中布置分散、所处电磁兼容环境十分复杂，采用一条CAN总线将所有被监测设备进行连接的传统模式，难以满足中大型船舶越来越高的监控可靠性要求，因此发展了基于CAN网关板的星型拓扑总线架构，即将传统单一CAN总线改进为多条CAN总线支路分别挂接不同重要等级设备，CAN网关板对多条CAN总线进行数据接收汇总后，再转发至柴油发电机组监控中心。星型拓扑总线架构具有灵活调控多条CAN总线波特率的优势，可有效降低总线数据拥堵，提升通讯可靠性。
[0003]船舶柴油发电机组所包含的附属设备较多，不同设备根据总体布置需求，较大范围分布在不同舱室或不同分层，通讯距离变化大，而CAN总线传输距离跟波特率直接相关，波特率越高，可靠传输的距离越短，反之亦然。通常CAN通信系统并不具备总线波特率主动调控功能，这导致不同的支路在与网关板进行通信时，容易因电磁干扰出现数据丢失的问题；同时重要等级不同的设备，比如图1中的G1～G
n
，其波特率是不相同的，CAN网关板必须要实时地与对应设备的波特率匹配才能够正常通信。因此基于CAN网关板实现柴油发电机组监控星型CAN总线波特率的主动调控，对提高船舶柴油发电机组监控系统的可靠性和灵活性至关重要。

技术实现思路

[0004]针对上述船舶柴油发电机组监控星型CAN总线应用中的波特率调控问题，本专利技术提出一种适用于船舶柴油发电机组监控星型CAN总线的波特率调控方法，通过CAN网关板能够实现根据不同CAN总线支路设备特性以及CAN总线实时状态，灵活主动地配置各总线支路波特率，使各支路总线利用率长期维持在健康范围，显著提升船舶柴油发电机组监控系统通讯可靠性。
[0005]具体而言，本专利技术提供一种适用于船舶柴油发电机组监控星型CAN总线的波特率调控架构，该架构包括多组信源设备、多条CAN总线支路和CAN网关板，所述CAN网关板包括CAN通讯接口模块、CAN数据帧ID计数模块、数据帧平均间隔时间计算模块、波特率调控单元、通讯速率调控模块，所述CAN通讯接口模块用于将多条CAN总线支路与CAN网关板通讯连接，所述CAN数据帧ID计数模块用于记录各支路正常接收数据帧数、统计错误帧数和判断是否正常接收；所述数据帧平均间隔时间计算模块用于计算各支路正常接收到数据帧的平均
间隔时间；所述波特率调控单元用于根据不同CAN总线支路设备的重要程度以及CAN总线实时状态，自动匹配支路波特率和主动调控各支路波特率；所述通讯速率调控模块用于根据所述波特率调控单元的输出，实现各支路通讯速率调控，
[0006]所述波特率调控单元按照下述方式进行自动匹配支路波特率：
[0007]A1)系统初始化后配置所述CAN网关板为监听模式，初始化波特率为预设波特率值，等待中断产生开始数据接收；
[0008]A2)数据接收过程中，若发生数据帧错误后进入错误计数中断，对接收错误进行计数；
[0009]A3)当接收错误计数达到第一预设限值，则采取由大到小轮询的方式逐次重设各支路波特率，重新尝试数据接收；当接收错误计数未达到预设限值，则继续
[0010]监听；
[0011]A4)若数据帧正常接收则进入非错误中断，波特率自动匹配成功；
[0012]所述波特率调控单元按照下述方式进行波特率主动调控：
[0013]B1)所述CAN网关板在正常工作模式下，进行数据接收和判断，若接收到错误帧，先判断错误数是否超过第一预设限值且小于第二预设限值，若是则进入自动匹配支路波特率的流程；
[0014]B2)否则，继续进行接收错误计数和数据帧平均间隔时间计数；
[0015]B3)若接收错误计数达到第二预设限值，则发出降低支路波特率命令，即根据波特率表，以比当前波特率小一档的值为目标，向该支路上所有设备发出降低波特率的请求，并等待该支路上所有设备应答；
[0016]B4)若该支路上所有设备均应答同意降低波特率，则重设所述CAN网关板的CAN接口波特率；否则重新发出降低支路波特率命令直到所有设备回复；
[0017]B5)若降低支路波特率后数据接收恢复正常，表明该支路总线通讯抗干扰性提高，则波特率主动控制完成。
[0018]进一步地，所述通讯速率调控模块按照下述方式进行通讯速率调控：
[0019]C1)系统初始化后进行接收错误计数和数据帧平均间隔时间计算；
[0020]C2)若接收错误计数未达到预设限值，则退出控制流程，通讯速率保持不变；
[0021]C3)若接收错误计数达到预设限值且波特率调控单元输出无变化，则退出控制流程，通讯速率保持不变；
[0022]C4)若接收错误计数达到预设限值且波特率调控单元输出有变化，当波特率调控输出为降低时，则按照设定的通讯速率表，结合数据帧平均间隔时间，逐级降低通讯速率；
[0023]C5)若接收错误计数达到预设限值且波特率调控单元输出有变化，当波特率调控输出为提高时，则按照设定的通讯速率表，结合数据帧平均间隔时间，逐级提高通讯速率；
[0024]C6)在调控通讯速率后清空错误计数，若接收错误不再超限，则通讯速率调控完成。
[0025]进一步地，所述第二预设限值大于第一预设限值。
[0026]进一步地，重设支路波特率时按照250kbps、125kbps、100kbps、50kbps、20kbps的顺序依次从大到小设置，尝试重新接收数据，直到各支路波特率与各支路设备匹配。
[0027]进一步地，所述通讯速率调控模块还用于：
[0028]C41)当波特率调控输出为降低时，则按照设定的通讯速率表，结合数据帧平均间隔时间，逐级降低通讯速率；
[0029]C42)当波特率调控输出为提高时，则按照设定的通讯速率表，结合数据帧平均间隔时间，逐级提高通讯速率；
[0030]C43)所述结合数据帧平均间隔时间调控通讯速率设置为使得每次通讯时间小于数据帧平均间隔时间；
[0031]C44)所述通讯速率表设置为100ms/次、200ms/次、500ms/次、1s/次、1.5s/次、2s/次、2.5s/次或者3s/次。
[0032]另一方面，本专利技术提供一种适用于船舶柴油发电机组监控星型CAN总线的波特率调控方法，所述方法用于利用权利要求1所述的波特率调控架构进行波特率调控方法，所述方法包括：
[0033]A1)系统初始化后配置所述CAN网关板为监听模式，初始化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于船舶柴油发电机组监控星型CAN总线的波特率调控架构，该架构包括多组信源设备、多条CAN总线支路和CAN网关板，所述CAN网关板包括CAN通讯接口模块、CAN数据帧ID计数模块、数据帧平均间隔时间计算模块、波特率调控单元、通讯速率调控模块，所述CAN通讯接口模块用于将多条CAN总线支路与CAN网关板通讯连接，所述CAN数据帧ID计数模块用于记录各支路正常接收数据帧数、统计错误帧数和判断是否正常接收；所述数据帧平均间隔时间计算模块用于计算各支路正常接收到数据帧的平均间隔时间；所述波特率调控单元用于根据不同CAN总线支路设备的重要程度以及CAN总线实时状态，自动匹配支路波特率和主动调控各支路波特率；所述通讯速率调控模块用于根据所述波特率调控单元的输出，实现各支路通讯速率调控，其特征在于，所述波特率调控单元按照下述方式进行自动匹配支路波特率：A1)系统初始化后配置所述CAN网关板为监听模式，初始化波特率为预设波特率值，等待中断产生开始数据接收；A2)数据接收过程中，若发生数据帧错误后进入错误计数中断，对接收错误进行计数；A3)当接收错误计数达到第一预设限值，则采取由大到小轮询的方式逐次重设各支路波特率，重新尝试数据接收；当接收错误计数未达到预设限值，则继续监听；A4)若数据帧正常接收则进入非错误中断，波特率自动匹配成功；所述波特率调控单元按照下述方式进行波特率主动调控：B1)所述CAN网关板在正常工作模式下，进行数据接收和判断，若接收到错误帧，先判断错误数是否超过第一预设限值且小于第二预设限值，若是则进入自动匹配支路波特率的流程；B2)否则，继续进行接收错误计数和数据帧平均间隔时间计数；B3)若接收错误计数达到第二预设限值，则发出降低支路波特率命令，即根据波特率表，以比当前波特率小一档的值为目标，向该支路上所有设备发出降低波特率的请求，并等待该支路上所有设备应答；B4)若该支路上所有设备均应答同意降低波特率，则重设所述CAN网关板的CAN接口波特率；否则重新发出降低支路波特率命令直到所有设备回复；B5)若降低支路波特率后数据接收恢复正常，表明该支路总线通讯抗干扰性提高，则波特率主动控制完成。2.根据权利要求1所述的适用于船舶柴油发电机组监控星型CAN总线的波特率调控架构，其特征在于，所述通讯速率调控模块按照下述方式进行通讯速率调控：C1)系统初始化后进行接收错误计数和数据帧平均间隔时间计算；C2)若接收错误计数未达到预设限值，则退出控制流程，通讯速率保持不变；C3)若接收错误计数达到预设限值且波特率调控单元输出无变化，则退出控制流程，通讯速率保持不变；C4)若接收错误计数达到预设限值且波特率调控单元输出有变化，当波特率调控输出为降低时，则按照设定的通讯速率表，结合数据帧平均间隔时间，逐级降低通讯速率；C5)若接收错误计数达到预设限值且波特率调控单元输出有变化，当波特率调控输出为提高时，则按照设定的通讯速率表，结合数据帧平均间隔时间，逐级提高通讯速率；C6)在调控通讯速率后清空错误计数，若接收错误不再超限，则通讯速率调控完成。
3.根据权利要求1所述的适用于船舶柴油发电机组监控星型CAN总线的波特率调控架构，其特征在于，所述第二预设限值大于第一预设限值。4.根据权利要求1所述的适用于船舶柴油发电机组监控星型CAN总线的波特率调控架构，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷凤，于帅，王祯，汪永茂，张炜龙，谢炜，田杰，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：