基于CAN总线的航天员医学信息管理网络设计

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1、第18卷第6期载人航天Vo1．18No．62012年11月MannedSpaceflight47基于CAN总线的航天员医学信息管理网络设计杨云，韦明，何双亮，孙京霞(中国航天员科研训练中心，北京100094)摘要分析航天员医学信息网络外部设备的数据产生和传输的特点，利用CAN总线实现简便、数据传输可靠的优点，建立了基于CAN总线的航天员医学信息管理网络，设计了专门的网络传输协议，并解决了网络实际应用中外部设备即插即用对网络的影响，圆满完成了系统数据传输任务。关键词控制局域网；医学信息；CAN总线中图分类号：V527文献标识码：A

2、文章编号：1674—5825(2012)06—0047—07的有效办法。1引言通过对RS232、RS422、RS485、CAN、1553B、Eth—载人航天飞行过程中，对航天员实施常规医监ernet等多种串行总线的数据传输特性详细分析研究和定期医学检查会产生大量的医监和医学检查数后，选择CAN总线组建交会对接任务天宫一号航天据。如何采集各类医学监督设备和医学检查设备(下员医学信息管理网络。称医学外设)检测的数据，并按要求传输至载人航天CAN全称控制局域网，是德国Bosch公司2O世器下行传输链路的发送端，是航天员系统医监计算纪8

3、O年代初为解决现代汽车中众多的控制和测试机(下称医监主机)承担的主要任务。仪器间的数据交换而开发的一种通信协”，CAN总载人航天初期，选择的医监指标、医学检查项目线规范已被ISO国际标准组织1993年制订为国际一般较少，医监主机配置与医学外设相对应的数据标准(IS011898)。凭借其极高的实时l生和可靠性，同接口，与医学外设进行点对点的数据传输即可满足时兼备成本低、速率高、抗电磁干扰性强、易扩展等数据传输要求。优点，目前已成为最广泛的现场总线之一，应用于各随着我国载人航天任务的深入开展，地面医监领域。CAN总线的主要特点如下：

4、医生关注的检测项目、指标不断增加，需要通过医监①多主方式工作，网络上所有节点均可在任一主机下传数据的医学外设数量不断增加，医学外设时刻向总线发送信息，不分主从；传输的数据种类、数据量也呈不断上升趋势，传统的②采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时点对点数据传输模式已无法满足任务要求，医监主发送信息时，优先级较低的节点退出通信，优先级机经常遇到多种医学外设同时传输数据的情况，如高的节点不受影响，从而大大减少了总线冲突仲裁何可靠接收医学数据，特别是满足航天员各种工况时间，尤其在网络负载很重的情况下，也不会出现下的医学数据传输要求，成

5、了医监主机在设计过程瘫痪；中主要考虑的问题。组建专门的医学数据传输网络，③基于通信数据块的编码方式使得网络内部的实施多路医学数据的网络化传输成为解决上述问题节点个数在理论上不受限制，数据块的标识符可由收稿日期：2012—05—03；修回日期：2012—09—04作者简介：杨云(1971一)，男，硕士，副研究员，主要从事载人航天器医监设备分系统医监主机软、硬件产品研制工作。E-mail：yy711111@sohu．corn48载人航天第18卷11位或29位二进制数组成，因此可以定义2“或2凹次只传输几个字节；有些医学外设一次需传输

6、几十个不同的数据块，这种方法还可使不同的节点同时兆字节。接到相同的数据，CAN节点只需要通过对报文的标设备对数据传输的误码率要求不相同。对于实识符滤除即可用点对点、一点对多点及全局广播等时医学监督设备，如心电、呼吸波形等，只要不影响几种方式传送数据。当然实际节点数仅受限于总线后续心率提取或心电特异性分析，有限误码是允许收发器的驱动能力；的；但对于医学检查类，关键位置的误码意味着检查④实时l生、容错性好，报文的短帧结构以及CRC结果的合格与否，因此后者对数据传输可靠性的要校验保证了极低的出错率和很好的校验效果，最长求极高。8Byt

7、e的数据帧不会占用总线时间过长，从而保证通医学外设与医监主机的连接是随机的，设备中信的实时陛，在出现严重错误时，CAN节点可以自动除个别固定安装的设备可以作为固定的接入通信点关闭，而不影响总线上的其他节点工作。外，其余设备均是便携式的，使用时与医监主机相2网络构建连，使用后需要立即断开连接。分析上述医学外设的实际要求，交会对接任务交会对接任务中，需要通过医监主机向地面传医学信息管理网络的特点是：网络节点个数有限、信送数据的医学外设多达十个。分析这些医监设备和息的传递距离短、实时增强、总线调度机制要求简医学检查设备存在以下特点。洁

8、、网络结构力求简单、网络具有开放性等。参照ISO设备的数据产生方式不相同。有加电工作后立国际标准化组织颁布的OSI(OpenSystemIntercon—即连续对外传输数据的，如用于常规生理信号监测nection)7层开放系统互联模型，采用简化的CAN总的医学监