本實(shí)用新型涉及水下機(jī)器人總線通信領(lǐng)域，具體地說是一種增強(qiáng)CAN總線信號(hào)的抗共模噪聲干擾能力的電路系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著海洋資源勘探技術(shù)的發(fā)展，水下機(jī)器人技術(shù)得到了飛快的發(fā)展，國(guó)內(nèi)水下機(jī)器人技術(shù)也取得了很大的成就。水下機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，要求水下機(jī)器人功能越來(lái)越多，水下機(jī)器人攜帶設(shè)備節(jié)點(diǎn)也就隨之增多。水下試驗(yàn)環(huán)境的錯(cuò)綜復(fù)雜，這就要求水下機(jī)器人各個(gè)設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要高，穩(wěn)定性要強(qiáng)。

目前差分總線通信領(lǐng)域主要包括CAN、RS485等，由于差分信號(hào)的傳輸距離遠(yuǎn)、信號(hào)穩(wěn)定、信道節(jié)點(diǎn)多、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。CAN已經(jīng)成為ISO的串行通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，CAN總線通信具有很好的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其基本滿足了當(dāng)前水下機(jī)器人通信總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，因此被廣泛應(yīng)用于水下機(jī)器人的總線通信中，它可以將主機(jī)與多臺(tái)從機(jī)控制器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等連接起來(lái)，通過CAN總線傳輸數(shù)據(jù)命令，讀取狀態(tài)信息，以執(zhí)行相應(yīng)操作。CAN收發(fā)器將CAN控制器輸出的邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)化為可用于通信的差分信號(hào)，傳輸總線報(bào)文信息，也可以讀取總線報(bào)文信息，再轉(zhuǎn)化為邏輯信號(hào)回傳CAN控制器。在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，伴隨著功率元器件設(shè)備的增多，交變?cè)O(shè)備或電機(jī)等在工作過程中，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)，例如脈沖信號(hào)、浪涌電流、電磁輻射等，這些干擾信號(hào)通過電路回路串?dāng)_到通信總線回路中，若系統(tǒng)中某單一設(shè)備CAN節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，比如電源地處理不當(dāng)，信號(hào)隔離能力差及總線屏蔽能力出現(xiàn)問題等等，都會(huì)影響到整個(gè)CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)重時(shí)，甚至造成整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行不暢，數(shù)據(jù)丟失或傳輸錯(cuò)誤等。

如圖4所示的共模噪聲干擾下的CAN仿真波形圖。CAN波形上噪聲干擾比較嚴(yán)重，尤其在低電平上出現(xiàn)了有規(guī)律的毛刺尖峰，有些毛刺尖峰峰值較高時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響到系統(tǒng)總線上設(shè)備之間的通信。在實(shí)際應(yīng)用中，掛接到總線上的某些設(shè)備出現(xiàn)了通信報(bào)錯(cuò)或丟包現(xiàn)象，通過測(cè)量，對(duì)比噪聲頻譜，發(fā)現(xiàn)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備有關(guān)，為總線設(shè)備之間的共模噪聲干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種CAN總線通信電路，提高其通信穩(wěn)定性、抗電磁干擾能力，并在水下機(jī)器人多CAN節(jié)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)處于強(qiáng)電磁環(huán)境中得到了驗(yàn)證。

本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

一種增強(qiáng)CAN總線信號(hào)的抗共模噪聲干擾能力的電路系統(tǒng)，包括CAN總線收發(fā)器電路，

所述CAN總線收發(fā)器電路的電源正接入供電電源的正極，電源地接入供電電源的地，在電源正和電源地之間并接濾波電容；CAN總線收發(fā)器電路的CANH引腳和CANL引腳正向串接共模電感，且CANH引腳和CANL引腳之間并接雙向穩(wěn)壓器件，CANH引腳和CANL引腳正向串接自恢復(fù)保險(xiǎn)。

所述濾波電容為陶瓷濾波電容，用于濾除供電線路上噪聲干擾。

所述共模電感為WE系列總線專用共模電感，用于濾除總線上的共模噪聲。

所述雙向穩(wěn)壓器件用于抑制CANH引腳和CANL引腳之間的差分電壓，提高總線差分信號(hào)的識(shí)別電壓門限。

所述自恢復(fù)保險(xiǎn)用于對(duì)CAN總線收發(fā)器電路進(jìn)行過流保護(hù)。

本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

1.本實(shí)用新型通過與CAN總線收發(fā)器連接的共模電感和雙向穩(wěn)壓器件，提高通信的穩(wěn)定性和抗電磁干擾能力；

2.本實(shí)用新型通過自恢復(fù)保險(xiǎn)進(jìn)行過流保護(hù)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電路原理圖，其中1為共模電感、2為雙向穩(wěn)壓器件、3為自恢復(fù)保險(xiǎn)；

圖3是本實(shí)用新型的CAN仿真波形圖；

圖4是共模噪聲干擾下的CAN仿真波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

該電路系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成，分別為共模電感、雙向穩(wěn)壓器件和自恢復(fù)保險(xiǎn)；CAN總線相關(guān)信號(hào)包括CANH、CANL、電源正和電源地，其中電源正和電源地接入到供電電源系統(tǒng)的正極和地，并且兩端并接陶瓷濾波電容；電路中共模電感采用了WE系列的總線專用共模電感，有效濾除了總線上的共模噪聲，提高了CAN總線的噪聲容限；雙向穩(wěn)壓器件用于抑制CANH和CANL間的差分電壓，提高了總線差分信號(hào)的識(shí)別電壓門限；自恢復(fù)保險(xiǎn)主要用于對(duì)收發(fā)器的保護(hù)，免于在惡劣環(huán)境中被大串?dāng)_電流損壞。

如圖2所示為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電路原理圖。

CAN收發(fā)器由電源VCC供電，電源地標(biāo)識(shí)為GND，總線信號(hào)的兩個(gè)輸出端分別標(biāo)識(shí)為CANH和CANL，在CANH和CANL之間并接120Ω電阻；在實(shí)際接入系統(tǒng)中時(shí)，總線兩側(cè)分別并接120歐姆匹配電阻，實(shí)際總線的匹配阻抗為60Ω。

共模電感1，在CAN總線通信波特率為500Kbps時(shí)，總線上串?dāng)_共模噪聲在10K-50MHz范圍內(nèi)都會(huì)存在，故在選型時(shí)選取低頻高阻抗特性的錳鋅系磁芯電感?？紤]到電感值越高，改善電磁兼容性越強(qiáng)，但同時(shí)也會(huì)對(duì)信號(hào)波形完整性有一定的影響，綜合考慮后，選取100mH伍爾特系列通信網(wǎng)絡(luò)用電感。

雙向穩(wěn)壓器件2，考慮到CAN收發(fā)器差分信號(hào)端最大接受壓差4V，當(dāng)總線上存在共模干擾時(shí)，差分信號(hào)間壓差會(huì)超過允許最大壓差值，造成信號(hào)接收失誤，故雙向穩(wěn)壓器件選型為3.5V標(biāo)襯電壓值的快速導(dǎo)通TVS。

自恢復(fù)保險(xiǎn)3，根據(jù)CAN收發(fā)器的CANH、CANL允許最大短路電流選取相應(yīng)型號(hào)。通過這些改進(jìn)后，基本可以滿足水下機(jī)器人在電動(dòng)機(jī)控制器、充電機(jī)等強(qiáng)電磁環(huán)境下，進(jìn)行CAN總線組網(wǎng)的要求。

如圖3所示為本實(shí)用新型的CAN仿真波形圖。

CAN波形基本上比較標(biāo)準(zhǔn)，波形質(zhì)量有很大改善。與未加入抗干擾處理電路時(shí)相比，CAN信號(hào)噪聲毛刺尖峰減少了，波形上下沿變陡了。通過實(shí)際應(yīng)用表明，此電路系統(tǒng)有效的增強(qiáng)了水下機(jī)器人CAN總線的雙絞線信號(hào)傳輸質(zhì)量，抗干擾能力，使其可以應(yīng)用到強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中。

如圖4所示為共模噪聲干擾下的CAN仿真波形圖。

CAN波形上噪聲干擾比較嚴(yán)重，尤其在低電平上出現(xiàn)了有規(guī)律的毛刺尖峰，有些毛刺尖峰峰值較高時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響到系統(tǒng)總線上設(shè)備之間的通信。在實(shí)際應(yīng)用中，掛接到總線上的某些設(shè)備出現(xiàn)了通信報(bào)錯(cuò)或丟包現(xiàn)象，通過測(cè)量，對(duì)比噪聲頻譜，發(fā)現(xiàn)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備有關(guān)，為總線設(shè)備之間的共模噪聲干擾。