CAN通讯接口扩展方法及扩展电路与流程

can通讯接口扩展方法及扩展电路
技术领域
1.本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种can通讯接口扩展方法及扩展电路。


背景技术：

2.外骨骼作为一个复杂的控制系统，需要综合处理各种传感器数据、电机控制数据、电动调长数据等。这些控制模块分布在外骨骼的各个部位，外骨骼需要将这些数据采集回来经综合处理后再控制各个部位做相应处理，因此需要电路板间的信号传输。电路板间的信号传输方式目前主要有iic、rs232、rs485、rs422、can等，综合对比can通信最稳定，切传输速率也比较高，广泛应用于对传输可靠性要求高的工业控制和汽车领域。外骨骼是从汽车领域发展而来的，其作为一种中枢神经损伤导致下肢功能性障碍的一种康复器械，控制信号的可靠性直接关系到康复过程中的安全性，因此需要通信可靠性高的can通信接口作为数据采集传输。
3.而目前市面上可作为外骨骼核心功能控制的核心控制芯片(cpu)，大部分没有can通信接口或者只有两个can通信接口。外骨骼产品由于采集信号、控制的电机比较多，且对各信号采集传输频率较高，如采用单个或两个can通信接口的形式，数据采集频率太低。因此需要更多can通信接口来保障数据传输量，这时就需要在不改变核心控制芯片结构的基础下提供一种办法来扩展其上的can通信接口数量。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中核心控制芯片仅有一个或两个can通信接口，不能满足类似外骨骼设备信号传输的特点的缺点，提供了一种can通讯接口扩展方法及扩展电路，核心控制芯片通过usb接口外接通信格式转换电路来扩展至少两个can通讯接口，且不改变核心控制芯片内部的电路结构。
5.为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
6.一种can接口扩展方法，包括如下步骤：核心控制芯片发送指令数据，指令数据经通信格式转换电路转换为can接口格式信号并从can总线输出，传送到接收设备相应部位；can总线将从接收设备采集到的数据经通信格式转换电路转换后传送到核心控制芯片；一个通信格式转换电路可连接至少两个can总线。从核心控制芯片的usb接口接出来的通信格式转换电路可扩展出1-16个can通讯接口，可根据需要来连接接收设备的各部位，例如电机、关节驱动器等，提高传输效率。
7.进一步地，通信格式转换电路的转换步骤具体为：通信格式转换电路内的usb转ttl芯片将指令数据从usb通信信号转换为ttl串口通信格式信号，通信格式转换电路内的微控制芯片再将ttl串口通信格式信号转换为can接口格式信号，最后从can总线输出；从can总线输入的数据为can接口格式信号，其先经微控制芯片转换为ttl串口通信格式信号，再经usb转ttl芯片将ttl串口通信格式信号转换为usb通信信号传送到核心控制芯片。通信格式转换电路双向传输，确保扩展的can通讯接口扩展成功。usb转ttl芯片、微控制芯片进
行双向转换。
8.进一步地，微控制芯片采用实时数据传输工作模式。最大可能性降低由于微控制芯片工作到时的数据延时。
9.进一步地，微控制芯片的工作流程包括如下步骤：
10.步骤1.等待接收数据；
11.步骤2.判断是否接收到数据；
12.如果接收到，进入步骤3；
13.如果未接收到，继续等待接收数据步骤；
14.步骤3.判定接收到的数据是ttl串口通信格式或是can接口格式；
15.如果是ttl串口通信格式，进行步骤4；
16.如果是can接口格式，进行步骤5；
17.步骤4.将接收到的数据进行拆分，转换为can接口格式信号，从can接口芯片输出后结束；
18.步骤5.将接收到的数据传送到usb转ttl芯片，由usb转ttl芯片转换后发送回核心控制芯片后结束。微控制芯片根据接收到数据格式进行转换及下一步传送，避免出错。
19.微控制芯片进行双向传输数据，确保扩展的can总线的信号能够输入和输出。
20.进一步地，核心控制芯片的数据收发方式采用多次收发模式。可确认can总线是否扩展成功，保证数据能够从can总线输入和输出。
21.进一步地，核心控制芯片的数据收发流程包括如下步骤：
22.步骤a.等待数据发出；
23.步骤b.判断是否发送数据；
24.如果不发送，则继续等待数据发出步骤；
25.如果发送，则进入步骤c；
26.步骤c.数据发送后，等待接收返回数据；
27.步骤d.判断是否接收到数据；
28.如果是，进入步骤e；
29.如果否，进入步骤f；
30.步骤e.将发送数据的次数清零，数据收发步骤结束；
31.步骤f.再次向外发送数据；
32.步骤g.判断数据发送次数总数是否超过3次；
33.如果否，回到步骤b；
34.如果是，则表示数据传输失败。至少三次的收发，确保数据发送成功，即can通讯接口的扩展成功。
35.本发明还提供一种can通讯接口扩展电路，其基于上述所述的can通讯接口扩展方法，包括核心控制芯片、与核心控制芯片双向通讯连接的通信格式转换电路、至少两个can总线，can总线与通信格式转换电路双向通讯连接。通信格式转换电路将核心控制芯片发送的usb通信信号转换为can接口格式信号，一个通讯格式转换电路可连接出2-16个can总线。
36.进一步地，通信格式转换电路包括通过usb接口与核心控制芯片双向通讯连接的usb转ttl芯片、与usb转ttl芯片双向通讯连接的至少一个微控制芯片、与微控制芯片双向
通讯连接的can接口芯片，can接口芯片与can总线双向通讯连接。usb转ttl芯片可将核心控制芯片发送得usb通信信号转换为ttl串口通信格式；微控制芯片将ttl串口通信格式信号通过自带的软件处理转换为标准的can接口格式信号。can接口芯片为电平格式转换芯片。
37.进一步地，通信格式转换电路还包括用于扩展核心控制芯片上的usb接口数量的usb-uhb，usb-uhb与核心控制芯片上的一usb接口双向通讯连接，usb转ttl芯片通过由usb-uhb扩展的usb接口与核心控制芯片双向通讯连接。
38.进一步地，每个usb转ttl芯片可连接四个微控制芯片，每个微控制芯片连接一can接口芯片。每个从usb-uhb扩展出的usb接口均可扩展出四个can总线。
39.进一步地，usb转ttl芯片为ft4232芯片。
40.本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
41.采用本扩展方法，通过通信格式转换电路的双向格式转换及双向传送，核心控制芯片的一个usb接口可扩展出2-16个can通讯接口，且不会改变核心控制芯片内部电路结构。微控制芯片采用实时数据传输工作模式，实现了数据的低延时传输，同时保证数据的完整性，最大可能性降低由于微控制芯片工作到时的数据延时。核心控制芯片采用多次收发模式保障数据的稳定性，确保数据能够正常准确接收。
42.软件实现方式简单，对于核心控制芯片只是一个标准的串口通信，即仅是增加通讯信号格式的转换，几乎所有的开发平台软件都可以实现，适用于目前市面上现有的核心控制芯片外扩can通讯接口数量的功能。
43.采用本扩展电路，可用于为市面上现存的核心控制芯片(cpu)扩展若干个can总线，以适用类似于外骨骼等需要采集信号、控制电机均较多且采集传输频率要求较高特点的设备，而无需再重新开发一种增加can通信接口数量的核心控制芯片，仅需用几个现有的硬件(usb转ttl芯片、mcu、can接口芯片)即得到一可根据需要进行外扩can通信接口数量的扩展电路。扩展数量理论上基本不受限制。
44.设置usb-hub，可实现一个usb接口连接2-16个或更多can通信接口的功能，减少暂用核心控制芯片的usb接口，提高实用性。
附图说明
45.图1为本发明实施例的电路连接框图；
46.图2为本发明的信号传输图；
47.图3为本发明mcu软件流程图；
48.图4为本发明核心控制芯片架构流程图。
具体实施方式
49.下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
50.实施例
51.如图1所示，can通讯接口扩展电路，包括核心控制芯片、通信格式转换电路、至少两个can总线(can通信接口)，核心控制芯片为市面上现有的cpu，通信格式转换电路通过cpu上的usb接口与cpu双向通讯连接，can总线与通信格式转换电路双向通讯连接。
52.通信格式转换电路包括用于扩展cpu上的usb接口数量的usb-uhb、与usb-uhb双向
通讯连接的至少一个ft4232芯片(在本实施例中，usb转ttl芯片采用ft4232芯片，当然还可以选择ft232、cp2102等芯片)、与ft4232芯片双向通讯连接的至少一个mcu(在本实施例中，微控制芯片为mcu)、与mcu双向通讯连接的can接口芯片，can接口芯片与can总线双向通讯连接，扩展出can通讯接口。
53.因cpu上的usb接口数量一般为1-3个，其需用于做多种信号连接，因此设置usb-uhb扩展cpu上的usb接口，usb-uhb与cpu上的一usb接口双向通讯连接，即可扩展出至少一个usb接口，便于后续扩展can接口。在本实施例中，usb-uhb扩展出四个usb接口。在本实施例中，双向通讯连接均采用有线连接。
54.cpu主要作为整个设备控制算法的处理、各个数据的采集和各个执行模块的控制。usb-uhb扩展的每个usb接口连接一ft4232芯片，ft4232芯片可将从usb接口输出的usb通信信号转换为ttl串口通信格式信号，每个ft4232芯片可连接四个mcu。mcu实现将从ft4232芯片输出的ttl串口通信格式信号通过mcu的软件处理转换为标准的can接口格式信号。每个mcu连接一can接口芯片，can接口芯片为电平格式转换芯片。本实施例中，每个从usb-uhb扩展出来的usb接口可扩展出16个can总线。
55.如图2所示，can接口扩展方法，包括如下步骤：cpu向外发送指令数据，该指令数据为usb通信信号，其经通信格式转换电路的双向转换和传输，最终将接收设备各部位采集到的数据传送回cpu，具体为：从cpu发出的usb通信信号传送到ft4232芯片并经其转换为ttl串口通信格式，ttl串口通信格式的信号再传送到mcu并经其转换为标准的can接口格式，并从can接口芯片输出，指令与can总线连接的相应的关节部位工作并采集到相关信息后传送回mcu，采集到的信息为标准的can接口格式信号，mcu将其转换为ttl串口通信格式，再传送回ft4232芯片并经其转换为usb通信信号，最终返回到cpu。在本实施例中，每一个usb接口连接出16个can总线，进而可控制16个关节部位的信息采集。
56.mcu的软件采用实时数据传输工作模式，实现了数据的低延时传输，同时保证数据的完整性，最大可能性降低由于mcu工作到时的数据延时。尤其是对于外骨骼产品，其需要采集大量的各种传感器数据，并进行处理后控制接收设备做相应动作，若有比较长的延时会导致控制间隔时间较长，接收设备执行动作不连贯，或不能及时做出相应的动作。接收设备为电机、关节驱动器等。
57.如图3所示，mcu的软件流程包括：
58.步骤1.等待接收数据(该数据包括通过usb接口传输过来的cpu的指令数据和从can总线传输过来的由接收设备各部位采集的数据)；
59.步骤2.判断是否接收到数据；
60.如果接收到，进入步骤3；
61.如果未接收到，继续等待接收数据步骤(步骤1)；
62.步骤3.mcu接收到数据后，判定接收到的数据是ttl串口通信格式或是标准的can接口格式；
63.如果判定接收到的数据是ttl串口通信格式(串口数据)，进行步骤4；
64.如果判定接收到的数据是标准的can接口格式(can数据)，进行步骤5；
65.步骤4.将接收到的数据进行拆分，转换为标准的can接口格式信号，并从can接口芯片输出后结束；
66.步骤5.将接收到的数据传送到ft4232芯片，由ft4232芯片发送到cpu后结束。
67.对于cpu的核心控制主程序，需要保障数据能够正常准确接收，采用应答接收模式。因为虽然通过扩展电路的设计保障了数据的可靠性，但是在实际工作中不可避免的出现数据丢失。cpu控制端采用了多次收发模式保障数据的稳定性，当一次数据没有接收到时可连续接收三次，三次中只要一次接收到返回数据则认为数据传输成功，反之数据传输失败。可确认can总线是否扩展成功，保证数据能够从can总线输入和输出。
68.如图4所示，cpu的数据多次收发模式流程如下：
69.步骤a.等待指令数据发出；由cpu的核心控制主程序发送指令数据；
70.步骤b.判断是否向外发送指令数据；
71.如果不发送，则继续等待指令数据发出步骤(步骤a)；
72.如果发送，则进入步骤c；发送时通过usb接口向外发送指令数据；
73.步骤c.指令数据发送后，等待接收返回数据延时，即指令数据发送后，等待2-3ms；cpu向扩展出的can总线发送指令数据，指令数据经can总线传送到与can总线连接的接收设备，接收设备根据指令数据采集相应数据或操作后数据又经can总线传送回cpu。
74.步骤d.判断是否接收到由can总线传送回来的数据；
75.如果是，进入步骤e；
76.如果否，进入步骤f；
77.步骤e.将发送数据的次数清零，数据收发流程结束；此时可确认扩展的can总线扩展成功，数据能够被cpu的核心控制主程序接收。
78.步骤f.再次向外发送数据，且发送数据次数加1(即增加1次发送数据)；
79.步骤g.判断数据发送次数总数是否超过3次；
80.如果否，回到步骤b；
81.如果是，则表示数据传输失败，数据收发流程结束，cpu的核心控制主程序收到反馈，并根据反馈的数据优先级别来进行处理；如果数据优先级别较低，显示数据异常，传输失败；如果数据优先级别较高，则进行报警，提醒人员进行处理。
82.总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。