一種dt-cm128總線采集監(jiān)控裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種DT-CM128總線采集監(jiān)控裝置，涉及信息、傳感采集領(lǐng)域，特別是一種基于CAN總線的模擬量與數(shù)字量模塊采集主機。
【背景技術(shù)】
[0002]CAN總線是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點。CAN總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。CAN總線具有通信速率高、容易實現(xiàn)、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標準的現(xiàn)場總線，目前應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。目前廣泛采用CAN總線技術(shù)的生產(chǎn)出來的產(chǎn)品比較單一，例如模擬量采集模塊、數(shù)字量采集模塊。并沒有一個能夠?qū)烧呷考嫒莸牟杉瘑卧?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:本實用新型提供了一種DT-CM128總線采集監(jiān)控裝置，其目的是解決以往的方式所存在的不兼容的問題。
[0004]技術(shù)方案:本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0005]一種DT-CM128總線采集監(jiān)控裝置，其特征在于:該裝置包括CPU、光電隔離單元、模擬輸入通道、CAN控制器、R232接口電路、串行通信接口和多路I/O接口 ；模擬輸入通道通過A/ D轉(zhuǎn)換單元連接光電隔離單元，光電隔離單元連接CPU，CAN控制器、R232接口電路、串行通信接口和多路I/O接口均連接至CPU，CAN控制器上有CAN接口。
[0006]優(yōu)點及效果:
[0007]本實用新型提供一種DT-CM128總線采集監(jiān)控裝置，主機核心由Cotex_4內(nèi)核的STM32F407 32位ARM處理器構(gòu)成，外圍電路包括隔離485接口，以太網(wǎng)接口，雙路隔離CAN總線接口，7英寸可交互式觸摸顯示屏，4路狀態(tài)指示燈，I路8位485棧號設(shè)定撥碼開關(guān)，I路8位485通信端口設(shè)定撥碼開關(guān)構(gòu)成。
[0008]主機共有兩路CAN總線，每路最大支持32個CAN模擬模塊和32個CAN數(shù)字模塊，CAN模擬節(jié)點ID分配范圍為:1-32 ;CAN數(shù)字節(jié)點ID分配范圍為:33_64。單路CAN節(jié)點ID具有唯一性，兩路CAN模塊節(jié)點ID可以重復(fù)?？梢詫崿F(xiàn)最多256路模擬量輸入，256路數(shù)字量輸入，256路數(shù)字量輸出的監(jiān)控。它能夠?qū)⒛M量、數(shù)字量采集模塊全部兼容，CAN模擬量、CAN數(shù)字量同時通過主機處理數(shù)據(jù)，不沖突、不延誤及支持多個CAN模擬量、CAN數(shù)字量接入后穩(wěn)定運行。
[0009]【附圖說明】:
[0010]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖3為本實用新型的流程圖。
[0013]【具體實施方式】:下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的描述:
[0014]如圖1所示，本實用新型提供一種DT-CM128總線采集監(jiān)控裝置，該裝置包括CPU、光電隔離單元、模擬輸入通道、CAN控制器、R232接口電路、串行通信接口和多路I/O接口 ；模擬輸入通道通過A / D轉(zhuǎn)換單元連接光電隔離單元，光電隔離單元連接CPU，CAN控制器、R232接口電路、串行通信接口和多路I/O接口均連接至CPU，CAN控制器上有CAN接口。
[0015]由于分布在控制現(xiàn)場的各種傳感器、變送器的輸出可以是模擬量，也可以是數(shù)字量，為了將這些不同形式、不同類型的信號能夠被基于CAN總線的控制器或上位機所識別，因此基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集模塊所要完成的功能分為兩個方面:一方面是將未知的連續(xù)的模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為微計算機能接收的數(shù)字信號，即模擬量數(shù)據(jù)采集，另一方面是將現(xiàn)場數(shù)字傳感器、變送器等設(shè)備所輸出的遵循某一協(xié)議格式的數(shù)字信號或數(shù)字量I/O信號轉(zhuǎn)換成符合CAN總線協(xié)議的信息，即數(shù)字量數(shù)據(jù)采集。其具體實現(xiàn)功能圖如圖1所示:
[0016]由圖1可知，對于模擬量數(shù)據(jù)采集部分，多路模擬信號通過模擬輸入通道進入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器在微計算機(即CPU)的控制下開始逐個對多路模擬信號進行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的結(jié)果讀入CPU中，當一輪數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完后，判斷各路轉(zhuǎn)換結(jié)果是否合理，對合理的結(jié)果進行必要的處理，然后將數(shù)據(jù)寫入CAN微控制器轉(zhuǎn)換成CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)格式通過其接口發(fā)送到總線上供上位機進一步處理或其他模塊使用。而對于數(shù)字量數(shù)據(jù)采集部分，該模塊主要是將從控制現(xiàn)場以RS-232協(xié)議形式傳送來的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成CAN協(xié)議要求的數(shù)據(jù)格式并發(fā)送到CAN總線上供上位機和其他模塊使用。由于該數(shù)據(jù)采集模塊帶有CPU，是一種微機化的智能設(shè)備，能對采集到的數(shù)據(jù)作初步的處理和完成一定的控制、顯示任務(wù)，因此在該模塊上還擴展了多路數(shù)字量輸入輸出和與其他單片機進行直接串行通訊的接口。整個模塊可實現(xiàn)對現(xiàn)場信息的采集，對設(shè)備狀態(tài)的顯示、報警、與現(xiàn)場設(shè)備及上位機進行通訊等功能。
[0017]根據(jù)基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集模塊所要實現(xiàn)的功能，其硬件實現(xiàn)電路如圖2所示:
[0018]由圖2可知，基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集模塊以單片機SST89C54為核心處理芯片；SST89C54單片機是MCS-51系列單片機的派生產(chǎn)品。它在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標準8052單片機完全兼容，只是加大了內(nèi)部程序存儲器Flash的容量。內(nèi)置20KROM，程序空間余量大，方便系統(tǒng)的軟件升級，而且SST89C54內(nèi)置EEPR0M，看門狗定時器，成本低廉，可靠性高。整個硬件實現(xiàn)電路由四個部分組成:
[0019]I) CAN 總線接口電路:由 SJA1000 及 82C250 組成，SST89C54 對 SJA1000 的操作相當于外部RAM的操作，其PO 口接SJA1000的ADO?AD7，ALE、/WR、/RD、P2.4端分別接 SJA1000 的 ALE、/WR、/RD、/CS 端，另外 SJA1000 的中斷信號端 /INT 接 SST89C54 的 /INTO端，使得SST89C54可收發(fā)各類信息。CAN總線收發(fā)器82C250提供了 CAN控制器與物理總線之間的接口，提供總線的差動發(fā)送和接收能力，抗干擾能力，使得信號能更遠更可靠的傳輸。其TXD、RXD端通過高速光隔分別接SJA1000的TXO、RXO，兩個輸出端CANH和CANL分別與物理總線的CANH和CANL連接。
[0020]2)A/D轉(zhuǎn)換電路:由11路模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC2543實現(xiàn)，SST89C54的Pl.0?Pl.3引腳分別與TLC2543的/CS、CLOCK、DATA IN和DATA OUT相連，通過這些連接，SST89C54可以控制A/D轉(zhuǎn)換的時機、選擇轉(zhuǎn)換通道、極性；當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，TLC2543通過EOC引腳，以中斷的形式通知SST89C54接收數(shù)據(jù)。其中TLC2543為CMOS 12位開關(guān)電容逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。具有快速轉(zhuǎn)換和通用的控制能力。片內(nèi)設(shè)有采樣-保持電路。
[0021]3)RS-232協(xié)議轉(zhuǎn)換電路:SST89C54通過串口 TXD、RXD與MAX232的相應(yīng)管腳相連，當SST89C54需要將從現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)或從CAN總線上接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RS-232協(xié)議格式的信息與現(xiàn)場設(shè)備或其他模塊進行通信時，可直接將信息通過串口 TXD、RXD傳送給MAX232，由芯片MAX232完成數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。同時該部分還擴展了串口通信電路，通過高速光電隔離器隔離可實現(xiàn)與其他設(shè)備進行串行通信。
[0022]4)多路輸入輸出電路:由于基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集模塊可直接與多種模擬量或數(shù)字量設(shè)備相連，且內(nèi)部帶有CPU，具有一定的數(shù)據(jù)處理和控制能力，所以當模塊需要采集現(xiàn)場的I/o量信息或需要根據(jù)處理結(jié)果進行顯示、報警、控制時，可通過由P1.4-P1.7和高速光隔組成的多路輸入輸出電路實現(xiàn)。
[0023]此外，為了滿足數(shù)據(jù)存取和處理的需要，電路中還擴展了 8K的數(shù)據(jù)存貯器空間(RAM)ο
[0024]基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集模塊的流程圖如圖3所示:
[0025]由流程圖可知，SST89C54先對自身進行初始化，然后立即對SJA1000進行初始化以盡快建立該數(shù)據(jù)采集模塊與CAN總線之間的通信鏈接，其中對SJA1000的初始化是該軟件設(shè)計中一個比較關(guān)鍵的部分，主要包括在復(fù)位模式下設(shè)置通信的波特率、AMR、ACR、OCR、OTR，在通用模式下寫控制寄存器命令字等。其中對ACR、AMR寄存器中所寫的內(nèi)容要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和現(xiàn)場工藝的實際要求來確定，并且與將要發(fā)送的報文標識符有關(guān)；BTR0、BTR1寄存器的內(nèi)容可唯一確定系統(tǒng)的通信波特率和同步跳轉(zhuǎn)寬度，所以整個系統(tǒng)中的所有節(jié)點這兩個寄存器的內(nèi)容必須相同，否則將無法進行通信；對OCR的操作可確定CAN控制器的輸出方式，并建立起CAN總線要求的電平邏輯所需輸出驅(qū)動器的配置。
[0026]與CAN總線的通信建立之后，SST89C54就開始采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，先是模擬量，然后是數(shù)字量，在對模擬量的數(shù)據(jù)采集中，為了減少外部干擾帶來的誤差還進行了消除誤差處理，主要包括判斷數(shù)據(jù)是否存在超大誤差，對連續(xù)多次采樣得到的數(shù)據(jù)求平均值作為采樣值等措施，以減少系統(tǒng)采樣誤差。在采集到了現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)后，CPU還要進行數(shù)據(jù)處理，主要包括將采集到的數(shù)據(jù)進行組裝、拆包打包，簡單的數(shù)據(jù)運算，與設(shè)定值作比較；判斷現(xiàn)場參數(shù)是否超出了設(shè)備正常工作的上下限，是否需要顯示設(shè)備狀態(tài)或報警，如需要則進行顯示或報警；判斷是否需要往CAN總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，如需要則要進行不同數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，當需要往CAN總線發(fā)送超過8個字節(jié)的數(shù)據(jù)時，還要按事先設(shè)計好的算法分多個數(shù)據(jù)包發(fā)送。
[0027]實踐證明基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集模塊具有采樣數(shù)據(jù)更新速度快(10毫秒)，轉(zhuǎn)換精度高(±0.5%)，轉(zhuǎn)換線性誤差小(土 ILSB Max),通信速率高，抗干擾性能強，出錯率極低，傳輸舉例較遠等特點，能很好地完成對現(xiàn)場信息的采集和進行簡單的數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)通信，由該類模塊組成的系統(tǒng)特別適合于現(xiàn)場環(huán)境比較復(fù)雜、實時性要求高的分布式控制系統(tǒng)，且由于其價格低廉，在自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項】
1.一種DT-CM128總線采集監(jiān)控裝置，其特征在于:該裝置包括CPU、光電隔離單元、模擬輸入通道、CAN控制器、R232接口電路、串行通信接口和多路I/O接口 ；模擬輸入通道通過A / D轉(zhuǎn)換單元連接光電隔離單元，光電隔離單元連接CPU，CAN控制器、R232接口電路、串行通信接口和多路I/O接口均連接至CPU，CAN控制器上有CAN接口。
【專利摘要】本實用新型提供一種DT-CM128總線采集監(jiān)控裝置，主機核心由Cotex-4內(nèi)核的STM32F407 32位ARM處理器構(gòu)成，外圍電路包括隔離485接口，以太網(wǎng)接口，雙路隔離CAN總線接口，7英寸可交互式觸摸顯示屏，4路狀態(tài)指示燈，1路8位485棧號設(shè)定撥碼開關(guān)，1路8位485通信端口設(shè)定撥碼開關(guān)構(gòu)成。本申請能夠?qū)⒛M量、數(shù)字量采集模塊全部兼容，CAN模擬量、CAN數(shù)字量同時通過主機處理數(shù)據(jù)，不沖突、不延誤及支持多個CAN模擬量、CAN數(shù)字量接入后穩(wěn)定運行。
【IPC分類】G05B19-042
【公開號】CN204423035
【申請?zhí)枴緾N201420864428
【發(fā)明人】高藝
【申請人】遼寧達能電氣股份有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2014年12月31日