本发明涉及一种高速CAN总线用自适应阻抗匹配模块、方法及系统，本自适应阻抗匹配模块适于根据CAN总线相应端的信号线之间的电压差，以自适应调节该端的终端电阻值。本发明的自适应阻抗匹配模块及方法适于在环境温度、总线长度等变化的情况下，能够根据CAN总线终端的显性位电压的变化，实现了自适应调节终端电阻实现匹配，在一定程度上能够提高高速CAN总线传输的可靠性，减少故障发生率。
1.一种CAN总线用自适应阻抗匹配模块，其特征在于，所述自适应阻抗匹配模块适于根据CAN总线相应端的信号线之间的电压差，以自适应调节该端的终端电阻值，进而重新进行阻抗匹配；
所述自适应阻抗匹配模块包括：电压检测电路、单片机和数字电位器，其中所述电压检测电路用于检测CAN总线相应端的信号线之间的电压差；
所述单片机与电压检测电路相连，且通过电压差控制数字电位器的输出电阻值作为与电压差相匹配的终端电阻值；
设两终端电阻值相等且均为Rt，CAN总线上的CANH与CANL之间的电压差为Uo，CAN总线上的内阻为r，则自适应阻抗匹配模块的电压
2.根据权利要求1所述的CAN总线用自适应阻抗匹配模块，其特征在于，当所述电压检测电路检测电压差在1.5V-2.5V之间时，所述数字电位器的输出电阻值为120Ω；
当所述电压检测电路检测电压差大于0.5V且小于1.5V时，所述数字电位器的增大输出电阻值，直至电压检测电路检测到电压差提高至1.5V-2.5V之间；
当所述电压检测电路检测电压差大于2.5V时，所述数字电位器的减小输出电阻值，直至电压检测电路检测到电压差下降至1.5V-2.5V之间。
3.根据权利要求2所述的CAN总线用自适应阻抗匹配模块，其特征在于，所述输出电阻值的调节步进值为10Ω。
4.根据权利要求3所述的CAN总线用自适应阻抗匹配模块，所述单片机内的存储单元还适于保存电压差在1.5V-2.5V之间时的终端电阻值。
5.一种CAN总线用自适应阻抗匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S0，对自适应阻抗匹配模块初始化，分配单片机相应IO口；
步骤S1，在CAN总线呈显性位时，分别检测CAN总线两端信号线之间的电压差；
步骤S2，根据相应端的电压差，调节该端的终端电阻值，进而重新进行阻抗匹配；
所述自适应阻抗匹配模块包括：电压检测电路、单片机和数字电位器，其中所述电压检测电路用于检测CAN总线相应端的信号线之间的电压差；
所述单片机与电压检测电路相连，且通过电压差控制数字电位器的输出电阻值作为与电压差相匹配的终端电阻值；
设两终端电阻值相等且均为Rt，CAN总线上的CANH与CANL之间的电压差为Uo，CAN总线上的内阻为r，则自适应阻抗匹配模块的电压
6.根据权利要求5所述的自适应阻抗匹配方法，其特征在于，所述步骤S2中根据相应端的电压差，调节该端的终端电阻值的方法包括：当所述电压检测电路检测电压差在1.5V-2.5V之间时，所述数字电位器的输出电阻值为120Ω；
当所述电压检测电路检测电压差大于0.5V且小于1.5V时，所述数字电位器的增大输出电阻值，直至电压检测电路检测到电压差提高至1.5V-2.5V之间；
当所述电压检测电路检测电压差大于2.5V时，所述数字电位器的减小输出电阻值，直至电压检测电路检测到电压差下降至1.5V-2.5V之间。
7.根据权利要求6所述的自适应阻抗匹配方法，其特征在于，所述输出电阻值的调节步进值为10Ω，以及
所述单片机内的存储单元还适于保存电压差在1.5V-2.5V之间时的终端电阻值。
8.一种用于CAN总线的自适应阻抗匹配系统，其特征在于，包括：至少两个如权利要求1至4项任一所述的自适应阻抗匹配模块，且两自适应阻抗匹配模块分别安装于CAN总线的两终端上。
高速CAN总线用自适应阻抗匹配模块、方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种高速CAN总线用自适应阻抗匹配模块、方法及系统。
背景技术
[0002] 目前对高速CAN总线的终端电阻配置多使用120Ω固定电阻值或经过计算的固定电阻值，满足了大部分场合的应用。但终端电阻的匹配还收到其他因素的影响，如：使用不同总线电缆的阻抗也不一样；环境变化将导致总线传输的阻抗、容抗特性变化等。在实际使用时，存在以下几种情况：
[0003] 1、使用不同的通信电缆的阻抗、容抗等特征参数不同；
[0004] 2、使用时根据需要改变总线长度或增删CAN总线上的节点，导致CAN总线上的特征参数变化；
[0005] 3、环境因素(如温度)比较大变化导致CAN总线特征参数改变。
[0006] 加上电磁干扰等影响，这些复杂情况随机组合可导致原本可靠或比较可靠的高速CAN总线传输的可靠性降低，甚至出现错误帧。采用固定电阻值的终端电阻较难适应一些特殊场合的阻抗匹配，一般是在问题发生后调查并处理。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种CAN总线自适应阻抗匹配模块、方法及系统，解决了由于CAN总线特征参数变化而导致的终端电压差变化，进而造成CAN总线传输的可靠性降低的技术问题。
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种CAN总线用自适应阻抗匹配模块，所述自适应阻抗匹配模块适于根据CAN总线相应端的信号线之间的电压差，以自适应调节该端的终端电阻值。
[0009] 进一步，所述自适应阻抗匹配模块包括：电压检测电路、单片机和数字电位器，其中所述电压检测电路用于检测CAN总线相应端的信号线之间的电压差；所述单片机与电压检测电路相连，且通过电压差控制数字电位器的输出电阻值作为与电压差相匹配的终端电阻值。
[0010] 进一步，当所述电压检测电路检测电压差在1.5V-2.5V之间时，所述数字电位器的输出电阻值为120Ω；当所述电压检测电路检测电压差大于0.5V且小于1.5V时，所述数字电位器的增大输出电阻值，直至电压检测电路检测到电压差提高至1.5V-2.5V之间；当所述电压检测电路检测电压差大于2.5V时，所述数字电位器的减小输出电阻值，直至电压检测电路检测到电压差下降至1.5V-2.5V之间。
[0011] 进一步，所述输出电阻值的调节步进值为10Ω。
[0012] 进一步，所述单片机内的存储单元还适于保存电压差在1.5V-2.5V之间时的终端电阻值。
[0013] 进一步，为了解决同样的技术问题，本发明还提供了一种CAN总线用自适应阻抗匹配方法，该方法包括如下步骤：
[0014] 步骤S1，在CAN总线呈显性位时，分别检测CAN总线两端信号线之间的电压差；
[0015] 步骤S2，根据相应端的电压差，调节该端的终端电阻值。
[0016] 进一步，所述终端电阻值通过自适应阻抗匹配模块实现调节，即所述自适应阻抗匹配模块包括：电压检测电路、单片机和数字电位器，其中所述电压检测电路用于检测CAN总线相应端的信号线之间的电压差；所述单片机与电压检测电路相连，且通过电压差控制数字电位器的输出电阻值作为与电压差相匹配的终端电阻值。
[0017] 进一步，所述步骤S2中根据相应端的电压差，调节该端的终端电阻值的方法包括：当所述电压检测电路检测电压差在1.5V-2.5V之间时，所述数字电位器的输出电阻值为120Ω；当所述电压检测电路检测电压差大于0.5V且小于1.5V时，所述数字电位器的增大输出电阻值，直至电压检测电路检测到电压差提高至1.5V-2.5V之间；当所述电压检测电路检测电压差大于2.5V时，所述数字电位器的减小输出电阻值，直至电压检测电路检测到电压差下降至1.5V-2.5V之间。
[0018] 进一步，所述输出电阻值的调节步进值为10Ω。
[0019] 进一步，所述单片机内的存储单元还适于保存电压差在1.5V-2.5V之间时的终端电阻值。
[0020] 第三方面，本发明还提供了一种用于CAN总线的自适应阻抗匹配系统。
[0021] 所述自适应阻抗匹配系统包括：至少两个所述的自适应阻抗匹配模块，且两自适应阻抗匹配模块分别安装于CAN总线的两终端上。
[0022] 本发明的有益效果是，本发明的自适应阻抗匹配模块、方法及系统适于在环境温度、总线长度等变化的情况下，能够根据CAN总线终端的显性位电压的变化，实现了自适应调节终端电阻实现匹配，在一定程度上能够提高高速CAN总线传输的可靠性，减少故障发生率。
附图说明
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0024] 图1是本发明的自适应阻抗匹配模块的原理框图；
[0025] 图2是本发明的自适应阻抗匹配的算法流程图；
[0026] 图3是电压差与终端电阻自适应调节曲线图。
具体实施方式
[0027] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0028] 本发明是高速CAN总线自适应阻抗匹配模块及方法，实现了在CAN总线环境等因素变化的情况下，自动维持CAN总线电压在正常值范围内，即在CAN阻抗特性匹配异常的情况下，自动调节终端电阻值重新进行阻抗匹配，达到最佳传输可靠性的目的，加强通信的可靠性。
[0029] 假设两终端电阻值相等，均为Rt，CAN总线上的CANH与CANL之间的电压差为Uo，CAN总线上的内阻为r，自适应阻抗匹配模块的电压 可见，CAN总线上的内阻为r和终端电阻值Rt都对自适应阻抗匹配模块的电压Ut有影响，内阻r的变化可能由于温度的变化、不同的电缆线的线阻不同、CAN总线长度的改变等原因导致，在这些情况下，通过修正终端电阻值Rt，可实现自适应阻抗匹配模块的电压Ut的偏差在合理的范围内。ISO制定的道路交通工具-数字信息交换-高速通信控制器局域网标准(ISO11898)规定了CAN电平的范围，其中规定了隐形位的电压差范围是-0.5v～0.05v,显性位的电压差是1.5v～3.0v。在实际使用时，CAN总线上的电压差一般需要大于0.9v才能保证被识别成显性电平，小于0.5v才能保证被识别成隐形电平，0.5～0.9v为不确定区域。
[0030] 在显性位时，CAN总线上的电压差一般在2v左右，本发明的自适应阻抗匹配模块及方法通过采集并观察CAN总线上的显性电平的电压差范围，判断终端电阻匹配情况，并做出相应调整。
[0031] 以下通过实施例1和实施例2对本发明的具体实施方式做详细说明。
[0032] 实施例1
[0033] 本实施例1提供了一种CAN总线用自适应阻抗匹配模块，所述自适应阻抗匹配模块适于根据CAN总线相应端(终端)的信号线(CANH、CANL)之间的电压差，以自适应调节该端的终端电阻值。
[0034] 所述自适应阻抗匹配模块的安装位置例如但不限于图1所示，至少两个自适应阻抗匹配模块分别位于CAN总线的两终端上，一个自适应阻抗匹配模块位于第1个节点附近，另一自适应阻抗匹配模块位于第n个节点的附近。
[0035] 第1个节点和第n个节点为CAN节点，采用现有技术构成，例如包括CAN收发隔离电路和CAN用处理器等。
[0036] 进一步，所述自适应阻抗匹配模块包括：电压检测电路、单片机和数字电位器，其中所述电压检测电路用于检测CAN总线相应端的信号线之间的电压差；所述单片机与电压检测电路相连，且通过电压差控制数字电位器的输出电阻值作为与电压差相匹配的终端电阻值。
[0037] 具体的，当所述电压检测电路检测电压差在1.5V-2.5V之间时，所述数字电位器的输出电阻值为120Ω；
[0038] 当所述电压检测电路检测电压差大于0.5V且小于1.5V时，所述数字电位器的增大输出电阻值，直至电压检测电路检测到电压差提高至1.5V-2.5V之间；
[0039] 当所述电压检测电路检测电压差大于2.5V时，所述数字电位器的减小输出电阻值，直至电压检测电路检测到电压差下降至1.5V-2.5V之间。
[0040] 优选的，所述输出电阻值的调节步进值例如但不限于为5Ω、10Ω、20Ω，优选为10Ω；并且设定输出电阻值的范围在10Ω-600Ω。
[0041] 并且，为了便于本自适应阻抗匹配模块在重启后复位实用，所述单片机内的存储单元还适于保存电压差在1.5V-2.5V之间时的终端电阻值。
[0042] 本发明针对高速CAN总线特殊应用，在CAN总线阻抗特性变化的情况下，自适应地调节终端电阻实现匹配，在一定程度上能够提高高速CAN总线传输的可靠性。该方法简单有效，在煤矿、石油化工、智能汽车等领域有着良好的应用前景。
[0043] 实施2
[0044] 如图2所示，在实施例1基础上，本实施例2还提供了一种CAN总线用自适应阻抗匹配方法，包括如下步骤：
[0045] 步骤S1，在CAN总线呈显性位时，分别检测CAN总线两端信号线之间的电压差；
[0046] 步骤S2，根据相应端的电压差，调节该端的终端电阻值。
[0047] 进一步，所述终端电阻值通过自适应阻抗匹配模块实现调节，即[0048] 所述自适应阻抗匹配模块包括：电压检测电路、单片机和数字电位器，其中[0049] 所述电压检测电路用于检测CAN总线相应端的信号线之间的电压差；
[0050] 所述单片机与电压检测电路相连，且通过电压差控制数字电位器的输出电阻值作为与电压差相匹配的终端电阻值。
[0051] 具体的，CAN总线用自适应阻抗匹配方法还包括：
[0052] 步骤S0，对自适应阻抗匹配模块初始化，分配单片机相应IO口。
[0053] 并且所述电压检测电路用于检测CAN总线相应端的信号线之间的电压差的具体方法包括：通过单片机与电压检测电路相连，以检测CAN总线的电压差信号，并转化成相应的电压差的值(简称电压差)。
[0054] 进一步，所述步骤S2中根据相应端的电压差，调节该端的终端电阻值的方法包括：
[0055] 当所述电压检测电路检测电压差在1.5V-2.5V之间时，所述数字电位器的输出电阻值为120Ω；
[0056] 当所述电压检测电路检测电压差大于0.5V且小于1.5V时，所述数字电位器的增大输出电阻值，直至电压检测电路检测到电压差提高至1.5V-2.5V之间；
[0057] 当所述电压检测电路检测电压差大于2.5V时，所述数字电位器的减小输出电阻值，直至电压检测电路检测到电压差下降至1.5V-2.5V之间。关于调节过程，详见图3所示的电压差与终端电阻自适应调节曲线图。
[0058] 优选的，所述输出电阻值的调节步进值例如但不限于为5Ω、10Ω、20Ω，优选为10Ω。
[0059] 并且，为了便于本自适应阻抗匹配模块在重启后复位实用，所述单片机内的存储单元还适于保存电压差在1.5V-2.5V之间时的终端电阻值。
[0060] 实施例3
[0061] 在实施例1和实施例2基础上，实施例3还提供了一种用于CAN总线的自适应阻抗匹配系统。
[0062] 所述自适应阻抗匹配系统包括：至少两个所述的自适应阻抗匹配模块，且两自适应阻抗匹配模块分别安装于CAN总线的两终端上。
[0063] 其中，关于自适应阻抗匹配模块的结构及工作方式参见实施例1和实施例2的具体内容。
[0064] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
