ТЕСТИРУЮЩЕЕ МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНФИГУРАЦИИ СЕТЕЙ CAN

Полезная модель относится к информационным сетям и может быть использована в системах управления объектами и устройствами с интерфейсом CAN, в том числе на подвижных железнодорожных и морских объектах.
Технология CAN уже достаточно давно занимает лидирующее положение среди последовательных промышленных интерфейсов. Она вышла за рамки бортового оборудования автомобилей, для которого изначально создавалась. Сегодня на основе CAN создан ряд международных стандартов, производится оборудование и системы. Однако в России эта технология хоть и хорошо известна, но не получила должного развития.
На сегодняшний день известна система процессорного управления локомотивом или транспортным средством повышенной проходимости (ТСПП), в которой процессор управляет вспомогательным устройством локомотива или ТСПП, содержащая устройство запуска для избирательного подключения вспомогательного устройства локомотива или ТСПП, панельный переключатель для избирательной подачи питания на устройство запуска, систему распределения энергии, соединяющую устройство запуска с панельным переключателем, микроконтроллер CAN панели, отвечающий на сигналы процессора для управления панельным переключателем (RU 2381921 от 20.02.2010). Недостатками является сложность конструкции, состоящей из нескольких блоков, наличие большого количества компонентов, что соответственно снижает надежность управления локомотивом.
Наиболее близким техническим решением является блок шлюз-CAN-MVB, который содержит устройство управления, преобразователь интерфейса локомотива и модуль CAN-RS. Модуль CAN-RS содержит первый и второй центральные процессоры (ЦП), реализующие два независимых канала обработки информации, и имеющие единый выходной RS485 интерфейс. К каждому из ЦП подключены преобразователи внешнего и внутреннего CAN-интерфейсов и RS232 интерфейс. Вход/выход RS232 интерфейса первого ЦП подключен к поездной радиостанции, a RS232 интерфейс второго ЦП является резервным. Входы/выходы преобразователей внутреннего CAN-интерфейса подключены к локомотивному устройству безопасности, а входы/выходы преобразователей внешнего CAN-интерфейса - к локомотивному оборудованию. Преобразователь интерфейса локомотива представлен в виде модуля MVB, а устройство управления - в виде модуля CPS. Модули блока ШЛЮЗ-CAN-MVB объединены в единую информационную систему посредством общей шины данных. Достигается гальваническая и информационная развязка двух сегментов локальной сети CAN, многофункциональной шины MVB и последовательных интерфейсов RS232. 4 ил. (RU 2467904 от 27.11.2012). Основным недостатком устройства-аналога является также сложность конструкции, состоящей из нескольких блоков, наличие большого количества компонентов, как следствие снижение надежности. Кроме того, аналог имеет интерфейс RS485 для подключения к центральному вычислителю управления, что не позволяет обеспечить высокие скорости обмена и конвертации данных на два интерфейса CAN.
Задачи, на решение которых направлено заявляемое изобретение, это - создание компактного высоконадежного устройства, обеспечивающего все функции управления и конфигурации сетей CAN, выполненного полностью на отечественной элементной базе с оригинальным лицензионно чистым программным обеспечением, способного выполнять функции в системах управления объектами и устройствами с интерфейсом CAN, в том числе на подвижных железнодорожных и морских объектах.
Технический результат заключается в создании компактного высоконадежного устройства для конфигурации сетей CAN.
Технический результат достигается тем, что создано тестирующее мобильное устройство для конфигурации сетей CAN, содержащее центральный процессор, реализующий два канала обработки информации с линий CAN, и имеющие единый выходной интерфейс, к которому подключены преобразователи внешнего и внутреннего CAN-интерфейсов, при этом в корпусе с герметичными вибростойкими разъемами интерфейсов USB и CAN установлен микроконтроллер, в котором размещены аппаратный контроллер, реализующий интерфейс стандарта USB и два аппаратных контроллера интерфейса CAN-bus, соединенных с контроллером USB через центральный процессор, а через интерфейсы CAN-bus через оптоизоляторы с интерфейсами драйверов линий CAN, микросхемы которых предназначены для гальванической изоляции линий CAN, в свою очередь установленные в корпусе DC-DC изолирующие конвертеры соединены с интерфейсом USB и предназначены для питания тестирующего мобильного устройства.
В предпочтительном варианте используют пылевлагозащищенный ударопрочный корпус.
Сущность полезной модели «Тестирующее мобильное устройство для конфигурации сетей CAN» поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг. 1 - общий вид устройства;
На фиг. 2 - блок-схема устройства;
На фиг. 3 - структурная схема устройства.
Тестирующее мобильное устройство для конфигурации сетей CAN (см. фиг. 1) содержит пылевлагозащищенный ударопрочный корпус с разъемными соединениями, а именно с герметичными вибростойкими разъемами интерфейсов USB (1) и CAN (11, 12). В корпусе (см. фиг 2) с герметичными вибростойкими разъемами интерфейсов USB (1) и CAN (11, 12) установлен микропроцессор (6), предпочтительно отечественной фирмы ЗАО «ПКК Миландр» - MDR32F9Q2I, в котором размещены аппаратный контроллер (2), реализующий интерфейс стандарта USB и два аппаратных контроллера интерфейса CAN-bus (3 и 4), соединенных с контроллером USB (2) через центральный процессор (5). Также с контроллером USB (2) соединены через интерфейсы CAN-bus (3 и 4) и через оптоизоляторы (7 и 8) интерфейсы драйверов линий CAN K2011BB034 (9 и 10), микросхемы которых предназначены для гальванической изоляции линий CAN. Два аппаратных контроллера интерфейса CAN-bus (3 и 4) через микросхемы драйверов линий CAN (9 и 10), содержащие оптоизоляторы (7 и 8) для гальванической изоляции, соединены с линиями CAN. Установленные также в корпусе DC-DC изолирующие конвертеры (14 и 15) соединены с шиной питания интерфейса USB (2) и предназначены для питания тестирующего мобильного устройства. Для этого используют DC-DC изолирующие конверторы (14 и 15) производства ЗАО «ММП-Ирбис».
Данное устройство (см. фиг. 3) представляет собой преобразователь интерфейса USB (1) и двух независимых интерфейсов CAN (3 и 4). Полезная модель позволяет проводить отладку и настройку как отдельных устройств со стороны сети CAN, так и всей сети системы управления в целом.
Устройство работает следующим образом.
Тестирующее мобильное устройство для конфигурации сетей CAN подключается со стороны разъема интерфейса USB (1) к персональному компьютеру или мобильному компьютеру. Питание устройства обеспечивается от шины интерфейса USB (2) через DC-DC изолирующие конвертеры (14 и 15). Со стороны разъемов интерфейсов CAN (11, 12) устройство подключается к двум шинам CAN (2 канала CAN). Физическая реализация микропроцессора MDR32F9Q2I (6) фирмы «Миландр» осуществляется через встроенный аппаратный контроллер, реализующий интерфейс стандарта USB2.0 (2), а также через два встроенных аппаратных контроллера CAN-bus интерфейса (3 и 4). Физическая реализация CAN-bus интерфейса выполнена на микросхемах драйверов сети CAN - K2011BB034 отечественной фирмы «Миландр», обеспечивающих соответствие требованиям CiA DS-102 (9, 10), эти же микросхемы реализуют гальваническую изоляцию линий CAN через оптоизоляторы (7 и 8). Изолированное питание микросхем CAN обеспечивается DC-DC изолирующими конверторами (14) производства ЗАО «ММП-Ирбис». Таким образом, полная реализация функций устройства обеспечивается использованием всего пяти активных компонентов (6, 9, 10, 14, 15), что существенно повышает надежность и уменьшает габариты устройства.
Все основные функции устройства обеспечиваются лицензионно чистым оригинальным встроенным программным обеспечением, как то:
- Мониторинг CAN сетей - просмотр и запись пакетов в CAN сетях
- Работу с устройствами узлов сети - запись служебной информации, идентификаторов, параметров и т.п.;
- Просмотр и запись кадров работы различных устройств высокоуровневой сети CANOPEN;
- Обеспечение функции диагностики и конфигурации CAN сетей.
Программное обеспечение тестирующей конфигурационной станции обеспечивает прием и передачу данных по интерфейсу сопряжения с компьютером USB, интерпретацию данных, прием и передачу данных по двум независимым каналам CAN - передачу и прием кадров.
В качестве среды передачи в CAN используется дифференциальная линия связи - витая пара, сигналы по которой передаются в дифференциальном режиме. Для контроля доступа к среде передачи используется метод недеструктивного арбитража. Данные передаются короткими (максимальная длина поля данных - 8 байт) пакетами, которые защищены контрольной суммой. В CAN отсутствует явная адресация сообщений. Вместо этого каждый пакет снабжен полем арбитража (идентификатор + RTR-бит), которое задает приоритет сообщения в сети. CAN имеет исчерпывающую схему контроля ошибок, которая гарантирует повторную передачу пакета, в случае возникновения ошибок передачи/приема сообщения. В CAN существует способ автоматического устранения узла, являющегося источником ошибочных пакетов в сети.
Конкретный формат кадров определяется протоколами либо низкого уровня, либо верхнего уровня CANopen.
Устройство позволяет подключаться одновременно к двум CAN сетям, что позволяет выполнять тестирование и диагностику различных сторонних устройств типа шлюза CAN сетей. Также устройство позволяет выполнять конфигурацию сторонних устройств в CAN сети - задание идентификационных номеров узлов сети, другие параметры устройств, определяемые их свойствами.
Аппаратно-программная платформа может быть использована в системах управления подвижных морских объектов с неограниченным районом плавания морских судов, соответствует требованиям Правил Российского морского регистра судоходства.
Таким образом, полезная модель обеспечивает повышение надежности и достоверности использования в указанной области применения за счет разработки национального, лицензионно чистого интегрированного комплекса аппаратных и программных средств для поддержки доступа к CAN сети за счет полнофункциональной реализации стандартов для сети CAN в России полностью на отечественных компонентах. Заявленное техническое решение позволяет решить задачу построения устройства высокой надежности с приемкой «5», т.к. устройство выполнено полностью на отечественной элементной базе, которые имеют модификации с приемкой «5». В настоящее время в России не существует отечественных разработок такого плана на отечественной элементной базе.