一种can控制单元和离子加速器电源控制器
阅读说明：本技术 一种can控制单元和离子加速器电源控制器 (CAN control unit and ion accelerator power supply controller ) 是由 张帅 高大庆 吴凤军 黄玉珍 王晓俊 闫怀海 张华剑 冯秀明 谭玉莲 李雨航 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明属于电源控制器技术领域,涉及一种CAN控制单元和离子加速器电源控制器,包括：波特率分频器用于将系统时钟转换为通讯时钟,并分别发送至位时序逻辑处理器和位流处理器；验收滤波器用于接受数据,数据经过CRC校验器进入位时序逻辑处理器；位时序逻辑处理器,用于在信息开头的总线传输时同步CAN控制单元位流,并将经过同步的数据传输至位流处理器；位流处理器,用于进行错误检测仲裁和错误处理,并将正确的数据和控制信号传送至移位寄存器,数据从移位寄存器的输出端输出至数据接收装置。本发明具有使用灵活方便,节约成本等特点,尤其在加速器励磁电源模块较强的电磁干扰的环境中能够提供较强的抗干扰能力和较低的误码率。(The invention belongs to the technical field of power supply controllers, and relates to a CAN control unit and an ion accelerator power supply controller, which comprises: the baud rate frequency divider is used for converting a system clock into a communication clock and respectively sending the communication clock to the bit time sequence logic processor and the bit stream processor; the acceptance filter is used for receiving data, and the data enters the bit time sequence logic processor through the CRC checker; the bit sequential logic processor is used for synchronizing the bit streams of the CAN control unit during the bus transmission of the information head and transmitting the synchronized data to the bit stream processor; and the bit stream processor is used for carrying out error detection arbitration and error processing, transmitting correct data and control signals to the shift register, and outputting the data to the data receiving device from the output end of the shift register. The invention has the characteristics of flexible and convenient use, cost saving and the like, and can provide stronger anti-interference capability and lower error rate particularly in the environment of stronger electromagnetic interference of an accelerator excitation power supply module.)
技术领域
本发明涉及一种CAN控制单元和离子加速器电源控制器，属于电源控制器
技术领域
，特别是包括CAN控制单元的电源控制器技术领域
。背景技术
加速器电源多属于高精度特种电源，包括高稳定度直流电源、脉冲电源、扫描电源等。作为加速器电源核心的控制器直接决定了电源性能，而随着加速器整体设计指标的不断提升，对电源控制器的要求也越来越高。目前加速器电源控制器已经完成了从模拟到数字的提升。但电源数字控制器在抗干扰性、系统响应速度、稳定性、灵活度等方面都有待进一步提高。
目前，加速器电源控制器的通讯模块主要采用CAN(Controller Area Network)控制单元，然而这类控制器普遍存在芯片接口固定，灵活性差，且不易集成到已有嵌入式系统中的问题，故若需将其集成到上述系统中时，则要另外设置外接电路。如杨婷婷(“基于CAN总线网络的车辆电子故障在线监测系统设计”，杨婷婷，齐齐哈尔大学学报(自然科学版)，第37卷，第3期，2021年5月)公开了一种CAN控制单元网络的车辆电子故障在线监测系统，其主要特点为：在硬件设备和数据库的支持下，制定CAN控制单元网络的传输协议，在该协议的约束下加载和调用其中的数据。分析车辆的运行模式，从而得出具体的车辆电子数据采集结果。将实时采集数据与故障诊断参考标准进行比对，实现车辆电子故障的在线监测功能，并结合监测结果启动报警程序。由此可以看出目前常用的包括CAN控制单元的控制系统仍使用SJA1000控制器，且由于芯片的限制需要使用两路总线独立工作，即需要使用两片芯片，灵活度低，占用了更多的PCB(Printed Circuit Board)使用面积，提高了整体系统复杂度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种使用灵活方便，节约成本的CAN控制单元和离子加速器电源控制器。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种CAN控制单元，包括：波特率分频器、ACF验收滤波器、CRC校验器、位时序逻辑处理器、位流处理器和移位寄存器；波特率分频器用于将系统时钟转换为通讯时钟，并分别发送至位时序逻辑处理器和位流处理器；ACF验收滤波器用于接受数据，数据经过CRC校验器进入位时序逻辑处理器；位时序逻辑处理器，用于在信息开头的总线传输时同步CAN控制单元位流，并将经过同步的数据传输至位流处理器；位流处理器，用于进行错误检测仲裁和错误处理，并将正确的数据和控制信号传送至移位寄存器，数据从移位寄存器的输出端输出至数据接收装置；或移位寄存器接收发送的数据，将发送的数据传送至位流处理器进行错误检测仲裁和错误处理，将正确的数据传送至位时序逻辑处理器，位时序逻辑处理器将发送的数据传输至数据接收装置。
进一步，ACF验收滤波器采用单滤波模式进行滤波。
进一步，位流处理器进行错误检测仲裁的方法为：当接收到位时序逻辑处理器传输的数据后，用数据对预设的数进行模2除法，若余数为0，则认为数据传输无差错；若余数不为0，则认为数据传输出现了错误。
进一步，移位寄存器使用基址加偏址的方式读写寄存器。
进一步，寄存器包括内部控制寄存器、命令寄存器、状态寄存器和收发寄存器。
进一步，收发寄存器采用FIFO。
本发明还公开了一种离子加速器电源控制器，包括：主控制器、从控制器、如上述任一项的CAN控制单元和上位机；主控制器通过CAN控制单元分别与各从控制器连接；主控制器用于根据上位机和调试电脑发送的控制和调试参数对自身及各从控制器进行配置；各从控制器用于采集与之相连的功率单元机柜的数据，并发送到主控制器；主控制器对各从控制器采集数据进行处理后将控制指令发送到相应的从控制器，由从控制器对控制指令进行处理后发送到相应的功率单元机柜。
进一步，主控制器包括第一FPGA控制单元、RAM、RJ45网络接口单元、光信号同步触发接口、触摸屏、RS232调试接口单元和CAN控制单元；第一FPGA控制单元通过RJ45网络接口单元与上位机进行通讯，实现电源开关机，状态检测、电流给定控制；通过RS232调试接口单元与调试电脑相连，实现对主控制器及各从控制器的参数配置以及故障诊断；通过RAM实现数据保存；通过光信号同步触发接口发送同步触发信号到各从控制器支路，实现触发脉冲电流使能；通过CAN控制单元实现与各从控制器支路之间的数据传输；通过触摸屏显示电源输出电压电流信息，开关机及故障，并进行开关机及复位故障功能。
进一步，从控制器包括第二FPGA控制单元、RS485通讯单元、多路PWM驱动器单元和多路ADC单元；多路ADC单元用于对功率单元机柜中的电流、电压数据进行采集，并发送到第二FPGA控制单元；RS485通讯单元用于与功率单元机柜中PLC进行通讯，并将PLC上传的温度数据和继电保护状态数据发送到第二FPGA控制单元；由第二FPGA控制单元分别将开关机及复位命令通过RS485通讯单元发送到功率单元机柜中的PLC，将主控制器下发的电流给定数据转换为多路PWM驱动信号后通过多路PWM驱动器单元发送到功率单元机柜中的IGBT驱动电路。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明具有使用灵活方便，节约成本等特点，尤其在加速器励磁电源模块较强的电磁干扰的环境中能够提供较强的抗干扰能力和较低的误码率，采用主从结构的控制器，对比原有的单个数字控制器对应一个功率单元的结构，减少了控制器数量，降低了成本。
附图说明
图1是本发明一实施例中CAN控制单元的结构示意图；
图2是本发明一实施例中单滤波模式的原理图；
图3是本发明一实施例中FIFO数据的结构图；
图4是本发明一实施例中离子加速器电源控制器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，通过具体实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
本实施例公开了一种CAN控制单元，如图1所示，包括：波特率分频器、验收滤波器ACF、CRC校验器、位时序逻辑处理器、位流处理器和移位寄存器。
波特率分频器用于将系统时钟转换为通讯时钟，并分别发送至位时序逻辑处理器和位流处理器；
验收滤波器ACF用于接受数据，数据经过CRC(循环冗余校验)校验器进入位时序逻辑处理器，验收滤波器ACF采用单滤波模式进行滤波。单滤波模式的原理图如图2所述，其将信息位和验收代码位进行同或逻辑处理，将处理结果与验收屏蔽位进行或处理，并将处理结果与其他位处理结果相与，获得输出逻辑，如果输出逻辑为1验收通过，若输出逻辑为0，验收不通过。即其他位处理结果有一个为0，则验收不通过。其他位处理结果都为1，验收屏蔽位为0，信息位与验收代码位不同，则验收不通过。其他位处理结果都为1，验收屏蔽位为0，信息位与验收代码位形同，则验收通过。其他位处理结果都为1，验收屏蔽位为1，则验收通过。对于扩展帧，单滤波模式下比较帧ID和RTR位。假设：验收代码寄存器ACR0-ACR3分别为0x21，0x00，0x05，0x24，屏蔽代码寄存器AMR0-AMR3分别为0x00,0x00,0x00,0x03。AMR位为1的位对应信息无需比较直接验收通过，AMR为0的位对应的信息位与验收代码位相同才能验收通过。
位时序逻辑处理器，用于在信息开头的总线传输时同步CAN控制单元位流，并将经过同步的数据传输至位流处理器；
位流处理器，用于进行错误检测仲裁和错误处理，位流处理器进行错误检测仲裁的方法为：当接收到位时序逻辑处理器传输的数据后，用数据对预设的数进行模2除法，若余数为0，则认为数据传输无差错；若余数不为0，则认为数据传输出现了错误。由于不知道错误发生在什么地方，不能对错误进行自动纠正,故若发现错误数据直接将该数据删除，并将正确的数据和控制信号传送至移位寄存器，数据从移位寄存器的输出端输出至数据接收装置。移位寄存器使用基址加偏址的方式读写寄存器。寄存器包括内部控制寄存器、命令寄存器、状态寄存器和收发寄存器。其中，本实施例中收发缓存器FIFO共有64字节的信息空间，其存储的信息包含地址位、数据帧信息、识别码、和数据组成，帧信息代表一帧数据的起始，识别码确定是发送缓存信息还是接收缓存信息，缓冲器窗口按地址顺序轮询处理数据，根据识别码安排发送或接收数据，任务处理完毕删除对应的地址信息，FIFO的数据具体格式如图3所示。
或移位寄存器接收发送的数据，将发送的数据传送至位流处理器进行错误检测仲裁和错误处理，将正确的数据传送至位时序逻辑处理器，位时序逻辑处理器将发送的数据传输至数据接收装置。
实施例二
基于相同的发明构思，本实施例公开了一种离子加速器电源控制器，如图4所示，包括：主控制器1、从控制器2、如上述任一项的CAN控制单元和上位机3；主控制器1通过CAN控制单元分别与各从控制器2连接；主控制器1用于根据上位机3和调试电脑发送的控制和调试参数对自身及各从控制器2进行配置；各从控制器2用于采集与之相连的功率单元机柜4的数据，并发送到主控制器1；主控制器1对各从控制器2采集数据进行处理后将控制指令发送到相应的从控制器2，由从控制器2对控制指令进行处理后发送到相应的功率单元机柜4。
主控制器1包括第一FPGA控制单元、RAM、RJ45网络接口单元、光信号同步触发接口、触摸屏、RS232调试接口单元和CAN控制单元；第一FPGA控制单元通过RJ45网络接口单元与上位机3进行通讯，实现电源开关机，状态检测、电流给定控制；通过RS232调试接口单元与调试电脑相连，实现对主控制器1及各从控制器2的参数配置以及故障诊断；通过RAM实现数据保存；通过光信号同步触发接口发送同步触发信号到各从控制器2支路，实现触发脉冲电流使能；通过CAN控制单元实现与各从控制器2支路之间的数据传输；通过触摸屏显示电源输出电压电流信息，开关机及故障，并进行开关机及复位故障功能。
从控制器2包括第二FPGA控制单元、RS485通讯单元、多路PWM(脉冲宽度调制)驱动器单元和多路ADC(Analog-to-digital converter)单元；多路ADC单元用于对功率单元机柜4中的电流、电压数据进行采集，并发送到第二FPGA控制单元；RS485通讯单元用于与功率单元机柜4中PLC进行通讯，并将PLC上传的温度数据和继电保护状态数据发送到第二FPGA控制单元；由第二FPGA控制单元分别将开关机及复位命令通过RS485通讯单元发送到功率单元机柜4中的PLC，将主控制器1下发的电流给定数据转换为多路PWM驱动信号后通过多路PWM驱动器单元发送到功率单元机柜4中的IGBT驱动电路。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围。
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