CAN总线系列讲座——如何监测CAN网络节点的工作状态

CAN 总线系列讲座第十讲如何监测 CAN 网络节点的工作状态 1 问题的引出 在 CAN 总线研发项目的具体应用中，有的项目相对比较简单，不需要运用 CAN 总线的应用层协议来开发，在网络节点的状态监控方面，需要实时诊断其 是处于正常通讯状态还是故障状态。 2 只有 2 个节点的简单 CAN 总线网络 例如一个 CAN 总线网络中只有主节点和 1 个子节点。 主节点子节点 图图 1 21 2 个节点构成的简单个节点构成的简单 CANCAN 总线网络总线网络 这时， 主节点可以通过 2 种方式诊断子节点是处于正常通讯状态还是故障状 态。 方式一主节点中设置一个定时器，例如 2s 时间间隔主节点向子节点发送 一次询问（可以单独询问子节点的状态，也可以令子节点上传数据） ，设定 0.5s 钟时间限制，如果 0.5s 钟内没有收到子节点的应答，就判定子节点故障，主节 点可以通过蜂鸣器、显示屏、LED 等报警；同样的，子节点设定6s 钟时间限制， 如果 6s 钟内没有收到主节点的询问，就判定主节点故障，同样子节点可以通过 蜂鸣器、显示屏、LED 等报警。 方式二主节点在有人值守的情况下，例如煤矿风机运转状态的监控，主节 点一般是有人值守的计算机（主节点通过 USB、串口、PCI 连接在计算机上） ， 此时可以不用再通过嵌入式系统判定主节点是否工作正常了。 可以让子节点定时 （例如 0.5s 钟）向主节点发送一组数据帧，在主节点上设定 1s 钟时间限制，如 果 1s 钟内没有收到子节点的应答，就判定子节点故障。此处 0.5s 钟向主节点发 送的一组数据帧就是我们常说的“心跳信息”就像人的心脏跳动一样，证明 子节点还“活着” 。 设置“心跳信息”有个技巧，让子节点发送的数据帧中的一个字节内容要有 所变化，例如 数据流传输方向子节点主节点 目标地址（主节点地址）数据帧内容数据长度 3 第一次0X28A0X000XAA0XBB 第二次0X28A0X010XAA0XBB 第三次0X28A0X000XAA0XBB 第四次0X28A0X010XAA0XBB 第五次0X28A0X000XAA0XBB 数据帧内容中的第 1 个字节是 0X00 和 0X01 交替出现， 假如都是保持 0X00 不变会有什么麻烦呢 目标地址（主节点地址）数据帧内容数据长度 3 第一次0X28A0X000XAA0XBB 第二次0X28A0X000XAA0XBB 第三次0X28A0X000XAA0XBB 第四次0X28A0X000XAA0XBB 第五次0X28A0X000XAA0XBB 如果某一段时间内 CAN 总线网络上没有其他的数据传输，只有这些内容不 变的“心跳信息”占满整个显示屏，那么就不容易让人及时判定子节点出现故障 了，有“视觉疲劳” 。 所以，使用“心跳信息”时，要让子节点发送的数据帧中的一个字节内容有 所变化至于数据帧中的数据长度，只要满足 1 到 8 个字节都可以，只是数据长 度越大占用 CAN 总线网络传输数据的时间越长，这个需要研发工程师根据自己 项目的实际情况灵活运用。 图图 2 2 3 大于 2 个节点的 CAN 总线网络 例如 主节点 1 子节点 2子节点 3子节点 4 图图 3 3多个节点构成的多个节点构成的 CANCAN 网络网络 主节点通过 CAN 网络实现对 3 个子节点的控制和信息交换，此时主节点如 何判断子节点的工作状态是否正常呢 首先，设置各节点在 CAN 网络中的 ID，即地址。设置如下 主节点的 ID 设为 0 x01，三个子节点的 ID 分别设为 0 x02、0 x03、0 x04。 方法一主节点逐个轮询子节点状态 主节点中设置一个定时器，例如 2s 时间间隔内主节点逐一向子节点发送一 次询问（可以单独询问子节点的状态，也可以令子节点上传数据） ，设定 0.5s 钟 时间限制，如果 0.5s 钟内没有收到子节点的应答，就判定子节点故障，主节点 可以通过蜂鸣器、显示屏、LED 等报警；同样的，子节点设定 6s 钟时间限制， 如果 6s 钟内没有收到主节点的询问，就判定主节点故障，同样子节点可以通过 蜂鸣器、显示屏、LED 等报警。 例如主节点（ID 为 0 x01）询问子节点（ID 为 0 x02） ，其数据流传输方向 主节点子节点。 目标地址（子节点地址）数据帧内容数据长度 2 0X020X010XDD 其中 0X01 表示此帧数据来自主节点（ID 为 0 x01） ，0XDD 表示命令标志， 告诉子节点 0X02 上传其状态或者采集的数据。 主节点（ID 为 0 x01）询问子节点（ID 为 0 x02）的数据帧发出后，主节点 （ID 为 0 x01）设置一个定时器并开始计时，如果0.5s 钟内没有收到子节点（ID 为 0 x02）的应答，就判定子节点（ID 为 0 x02）故障，主节点（ID 为 0 x01）可 以通过蜂鸣器、显示屏、LED 等报警，主节点就可以重新把计时器的计时数值 清零，开始询问下一个子节点（ID 为 0 x03）了。 如果子节点（ID 为 0 x02）工作正常，其需要马上应答主节点（ID 为 0 x01） ， 其数据流传输方向子节点主节点。 目标地址（主节点地址）数据帧内容数据长度 3 0X010X020XCC0X06 其中 0X02 表示此帧数据来自子节点（ID 为 0 x02） ，0XCC 表示应答标志， 0X06 表示子节点（ID 为 0 x02）采集的开关量数据。 主节点（ID 为 0 x01）收到子节点（ID 为 0 x02）的应答数据帧后，其定时 器停止计时并把计时数值清零。 子节点 （ID 为 0 x02）设定 6s 钟时间限制， 如果 6s 钟内没有收到主节点（ID 为 0 x01）的询问，就判定主节点故障，同样子节点（ID 为 0 x02）可以通过蜂鸣 器、显示屏、LED 等报警。 通过上述方法，主节点（ID 为 0 x01）可以在2s 内逐个询问子节点，本例中 的 2s、0.5s、6s 是可以根据通讯距离、通讯速率、轮询周期要求调整的，具体项 目具体分析。 主节点逐个轮询子节点状态的方法的弊端是耗费时间长，试想一个 CAN 网 络中有 50 个节点，轮询一次耗费时间是比较长的。 方法二子节点通过“心跳信息”定时上传数据 三个子节点 （ID 分别为 0 x02、 0 x03、 0 x04） 定时 2s 分别向主节点上传数据， 如果 3 个子节点同时传输数据，通过总线竞争，地址低的子节点（ ID0 x02）优先 级别高， 先于其他节点上传数据，其他 2 个节点会自动在总线空闲的时候上传数 据。如果定时 2s 的时间太短，就有可能出现这种情况其他 2 个节点还没有来 得及上传数据，子节点（ID0 x02）又开始了新一轮的上传数据这就是我们所 说的总线网络过载 例如 数据流传输方向子节点主节点 子节点 ID目标地址（主节点地址）数据帧内容数据长度 4 ID 为 0 x020X010X000X020XCC0X06 ID 为 0 x030X010X000X030XCC0X16 ID 为 0 x040X010X000X040XCC0X08 以子节点（ID