CN101000502A

CN101000502A - 一种基于can网络的环境参数记录与自动控制装置

Info

Publication number: CN101000502A
Application number: CNA2006101556710A
Authority: CN
Inventors: 徐鸣; 马龙华
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2006-12-30
Filing date: 2006-12-30
Publication date: 2007-07-18

Abstract

本发明公开了一种基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置。CPU控制系统电路分别与人机交互接口电路、多输出电源系统电路、模数转换电路、多通道输出控制电路、数据程序存储电路、实时时钟电路、多协议通信接口电路相连，模数转换电路与环境参数测量电路相连。本发明是集CAN等多协议通信、大容量环境参数数据记录(可以通过U盘读取)、可编程输出控制于一体，适合在工业和农业等相关产业中需要对环境参数进行记录与控制的场合。具有高清晰图形液晶显示，全中文操作，可独立于主机电脑使用，也可以通过主机进行相应的操作和进行集群智能控制。功能强大，使用方便，性价比高，应用范围广泛，市场前景广阔。

Description

一种基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置

技术领域

本发明涉及工业、农业等相关产业中环境参数监测记录与控制领域，尤其涉及一种基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置。

背景技术

在工业、农业等相关产业中，对于环境参数监测与控制是越来越越受到人们的关注，其自动化水平在不断的提高。在过去，比如在一个大规模的农业大棚基地，人们往往需要每隔一段时间手工去记录下每个大棚中的环境温度、湿度、光照强度、大气压力等等参数，并进行相应的加温加湿等控制工作。但如果需要记录的间隔时间比较短，又如果监测点比较多的情况下，操作人员很难按时完成记录工作，而且这样存在着人工出错的风险，给以后的工作带来不便。与此同时，人工的控制也存在一个实时性和经验的问题，有时很难到达预期的目标值，工作效率低。

随着电力电子技术的大力发展，专用的电子记录仪和专用控制器应运而生，代替了大部分工人的工作。电子记录仪的优点在于可以根据要求记录下数据，具有实时性、存储量大等特点，但它无法实现控制功能；同样，专用控制器无法实现数据的记录存贮功能。而且如果要记录控制多个环境参数，就需要多个电子记录仪和专用控制器，这样就造成了资源的浪费和生产成本的增加。因此这里我们发明了带CAN网络的一种多个环境参数记录与控制装置。

CAN总线有着比RS232等总线明显的优势，因为CAN总线是一种架构开放的、广播式的、能有效支持分布式控制和实时控制的新一代网络通信协议，它具有传输速度快、自动解决总线竞争、实时性好、可靠性高、纠错能力强、连接方便和性能价格比高等诸多优点，其优点还表现在：

(1)CAN总线可以多方式工作，本质上也是一种CSMA/CD方式，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其它节点发送信息，而不分主从，节点之间有优先级之分，因而通信方式灵活。

(2)CAN总线采用非破坏性位仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，大大节省了总线冲突裁决时间；最重要的是在网络负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪的情况(以太网则有可能)。

(3)CAN总线可以点对点、一点对多点(成组)及全局广播几种传送方式接收数据。CAN总线的直接通信距离最远可达10km(速率5kb/s以下)，CAN总线的通信速率最高可达1Mb/s(此时距离最长40m)。

CAN网络的出现，使得可以建立一个比较大的CAN网络，主机可以在网络内任何一个位置对该装置或者多台装置进行集群智能控制。其集群智能控制主要体现在，可以设定开启输出通道的数量，保证整个系统在一个较低的符合下运行。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前电子记录仪和专用控制器功能区分明确的缺点，提供一种基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置。

基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置：CPU控制系统电路分别与人机交互接口电路、多输出电源系统电路、模数转换电路、多通道输出控制电路、数据程序存储电路、实时时钟电路、多协议通信接口电路相连，模数转换电路与环境参数测量电路相连。

所述的人机交互接口电路为：人机接口控制电路分别与键盘输入电路、液晶显示电路、指示灯与报警电路相连。

所述的环境参数测量电路为：轮询参数控制电路分别与温度采集电路、湿度采集电路、光照采集电路、气压采集电路、其它环境参数扩展电路相连。

所述的多协议通信接口电路为：协议通信控制电路分别与232通信电路、USB通信电路、CAN通信网络电路相连。

所述的数据程序存储电路为：逻辑转换电路分别与EEPROM扩展电路、SRAM扩展电路、FLASH扩展电路相连。

所述的多通道输出控制电路分别与通道1控制电路、通道2控制电路、通道3控制电路、通道4控制电路相连。

本发明同现有技术相比，集CAN等多协议通信、大容量环境参数数据记录(可以通过U盘读取)、可编程输出控制于一体，适合在工业和农业等相关产业中需要对环境参数进行记录与控制的场合。具有高清晰图形液晶显示，全中文操作，可独立于主机电脑使用，也可以通过主机进行相应的操作和进行集群智能控制。功能强大，使用方便，性价比高，应用范围广泛，市场前景广阔。

附图说明

图1是基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置电路框图；

图2是本发明的人机交互电路框图；

图3是本发明的多输出电源系统电路框图；

图4是本发明的环境参数测量电路框图；

图5是本发明的多协议通信接口电路框图；

图6是本发明的CPU控制系统电路框图；

图7是本发明的模数转换电路框图；

图8是本发明的实时时钟电路框图；

图9是本发明的数据程序存储电路框图；

图10是本发明的多通道输出控制电路框图；

图11是本发明的软件流程图；

图中：人机交互接口电路1、多输出电源系统电路2、环境参数测量电路3、多协议通信接口电路4、CPU控制系统电路5、模数转换电路6、实时时钟电路7、数据程序存储电路8、多通道输出控制电路9、键盘输入电路10、液晶显示电路11、指示灯与报警电路12、人机接口控制电路13、220VAC输入14、整流滤波电路15、多电源转换控制电路16、隔离24VDC电源电路17、5V和3VDC电源电路18、温度采集电路19、湿度采集电路20、光照采集电路21、气压采集电路22、轮询参数控制电路23、其它环境参数扩展电路24、232通信电路25、USB通信电路26、CAN通信网络电路27、多协议通信控制电路28、欠过压保护与复位电路29、仿真与调试接口电路30、振荡电路31、CPU32、其它外围电路33、基准电路34、模数转换控制电路35、滤波电路36、电池37、时钟控制电路38、振荡电路39、EEPROM扩展电路40、SRAM扩展电路41、FLASH扩展电路42、逻辑转换电路43、通道1控制电路44、通道2控制电路45、通道3控制电路46、通道4控制电路47、信号光电隔离驱动电路48。

具体实施方式

本发明把CAN网络、电子记录仪和专用的控制器设计到一起。首先，用户可以在该装置上或用电脑基于CAN网络设定当前时间、采样时间、四个通道(温度、湿度、光照、大气压力)的开启或关闭、各通道报警值和控制值等参数，从而进行有效的数据记录。其次，用户可以通过对输出端口进行编程，实现自动控制功能。比如，输出端口1可以和温度通道形成关联，如果温度未达到设定值，输出端口就会有开关量输出，从而达到控制的目的，而且控制算法可以通过设定选择(PID算法、模糊算法)。再次，利用该发明的CAN网络功能，该装置(终端)或者电脑主机可以在网络的任何位置，对网络的任何终端进行参数设定；电脑主机还可以利用所附带的软件，实现对终端记录数据下载大印等功能，对网络中的所有终端进行集群智能控制。

本发明首先采用高性能DSP数字信号处理器TMS320F2810作为系统的CPU，保证系统的效率，同时该CPU还集成CAN控制器、16位数据总线和18位地址总线，分别与FLASH存储器、SRAM存储器、EEPROM存储器的数据总线和地址总线进行连接，保证了程序和数据的存储。其次，温度、湿度、光照、大气压力采集电路模块采用标准4-20mA输出，再经过高精度250欧姆电阻，产生1-5V的信号，进入模数转换电路，保证了数据的准确性。再次，采用了隔离的CAN收发器CTM1040、隔离的232收发器MAX3250作为通信接口芯片。既保证了以CAN为主体的多协议通信，也满足了和外部信号的隔离，保证内部系统安全。输出驱动电路同样采用了隔离的电源，输出信号也是通过光耦P817隔离，保证内部系统安全。最后，在人机交互上，采用图形液晶作为显示。通过CPU程序，可以实现对键盘的操作和全中文的液晶显示，可以绘制实时曲线和以上介绍的一些设定功能。大量的数据记录、CAN网络通信功能、控制功能都要通过CPU程序来完成。

如图1所示，基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置：CPU控制系统电路5分别与人机交互接口电路1、多输出电源系统电路2、模数转换电路6、多通道输出控制电路9、数据程序存储电路8、实时时钟电路7、多协议通信接口电路4相连，模数转换电路6与环境参数测量电路3相连。

如图2所示，人机交互接口电路1为：人机接口控制电路13分别与键盘输入电路10、液晶显示电路11、指示灯与报警电路12相连。由人机接口控制电路13和CPU控制系统电路5相连。

如图3所示，多输出电源系统电路2为：220VAC输入14经过整流滤波电路15，再经过多电源转换控制电路16，之后生成两部分隔离的电源，一部分隔离24VDC电源电路17为多通道输出控制电路9提供电源；另一部分5V和3VDC电源电路18，为人机交互接口电路1、环境参数测量电路3、多协议通信接口电路4、CPU控制系统电路5、模数转换电路6、实时时钟电路7、数据程序存储电路8提供电源。

如图4所示，环境参数测量电路3为：轮询参数控制电路23分别与温度采集电路19、湿度采集电路20、光照采集电路21、气压采集电路22、其它环境参数扩展电路24相连。由轮询参数控制电路23再与CPU控制系统电路5相连。

如图5所示，多协议通信接口电路4为：协议通信控制电路28分别与232通信电路25、USB通信电路26、CAN通信网络电路27相连。由协议通信控制电路28再与CPU控制系统电路5相连。

如图6所示，CPU控制系统电路5为：CPU32分别与欠过压保护与复位电路29、仿真与调试接口电路30、振荡电路31、其它外围电路32连接。由CPU32和机交互接口电路1、多输出电源系统电路2、多协议通信接口电路4、模数转换电路6、实时时钟电路7、数据程序存储电路8、多通道输出控制电路9连接。

如图7所示，模数转换电路6为：基准电路34为模数转换控制电路35提供着电源基准，模拟信号从环境参数测量电路3中进来，通过滤波电路36滤波后由模数转换控制电路35进行模数转换。由模数转换控制电路35与CPU控制系统电路5相连。

如图8所示，实时时钟电路7为：时钟控制电路38分别与电池37和振荡电路39连接。由通过时钟控制电路38与CPU控制系统电路5相连。

如图9所示，数据程序存储电路8为：逻辑转换电路43分别与EEPROM扩展电路40、SRAM扩展电路41、FLASH扩展电路42相连。由逻辑转换电路43再与CPU控制系统电路5相连。

如图10所示，多通道输出控制电路9为：信号光电隔离驱动电路48分别与通道1控制电路44、通道2控制电路45、通道3控制电路46、通道4控制电路47连接。由多通道输出控制电路9与CPU控制系统电路5相连。

如图11所示，软件流程为：装置上电后，首先初始化CPU内部各个寄存器，然后通过键盘和液晶或者电脑主机对系统进行相关功能的参数设定，设定完毕后就等待开启定时器，定时器开启后系统就会定时采集环境参数，记录会被保存并显示，同时也会输出信号控制外部设备，使得达到目标值。本次循环最后，系统会判断定时器是否关闭，如果关闭则进入相关功能的参数设定状态，否则继续采集环境参数，并开始新的一轮循环，直到定时器停止为止。

Claims

1、一种基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置，其特征在于CPU控制系统电路(5)分别与人机交互接口电路(1)、多输出电源系统电路(2)、模数转换电路(6)、多通道输出控制电路(9)、数据程序存储电路(8)、实时时钟电路(7)、多协议通信接口电路(4)相连，模数转换电路(6)与环境参数测量电路(3)相连。

2、根据权利要求1所述的一种基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置，其特征在于所述的人机交互接口电路(1)为：人机接口控制电路(13)分别与键盘输入电路(10)、液晶显示电路(11)、指示灯与报警电路(12)相连。

3、根据权利要求1所述的一种基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置，其特征在于所述的环境参数测量电路(3)为：轮询参数控制电路(23)分别与温度采集电路(19)、湿度采集电路(20)、光照采集电路(21)、气压采集电路(22)、其它环境参数扩展电路(24)相连。

4、根据权利要求1所述的一种基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置，其特征在于所述的多协议通信接口电路(4)为：协议通信控制电路(28)分别与232通信电路(25)、USB通信电路(26)、CAN通信网络电路(27)相连。

5、根据权利要求1所述的一种基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置，其特征在于所述的数据程序存储电路(8)为：逻辑转换电路(43)分别与EEPROM扩展电路(40)、SRAM扩展电路(41)、FLASH扩展电路(42)相连。

6、根据权利要求1所述的一种基于CAN网络的环境参数记录与自动控制装置，其特征在于所述的多通道输出控制电路(9)分别与通道1控制电路(44)、通道2控制电路(45)、通道3控制电路(46)、通道4控制电路(47)相连。