CN104881004A - 基于can总线的电力在线监测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于CAN总线的电力在线监测设备。本发明中主机具有RJ45或GPRS通讯能力，通过CAN总线将接收到的数据整理成标准规约送至Internet网络最终到达服务器；温湿度及环境传感器、环流传感器、气体传感器、防区传感器、振动光缆传感器向CAN总线发送监测数据，通过主机接收处理后，不仅通知到服务器，还能向总线上的控制模块发送控制命令控制风机、灯光、除湿以及报警的开启，实现智能化设备管理。本发明采用通讯总线的形式，基于CAN总线下的数据采集及控制来实现在线设备更安全、更高速的数据采集和控制方法，以及主机通电状态下对采集设备的热插拔接入。
Description
技术领域
本发明属于电力在线监测技术领域，涉及一种在线监测设备，尤其涉及在线监测设备与传感模块或执行模块的数据通讯及控制。
背景技术
现有通用的电力在线监测设备与传感模块或执行模块采用的是串口通讯方式。由于串口通讯使用方式为一对一的，面对检测数据类型繁多、环境复杂的情况时，一个在线监测主机设备需要使用大量的串口资源来接入不同传感器的数据，作为主机通讯存在不少局限性，无法满足高速发展的电力设备需求。尤其在架空线路传输大数据量的图像时，局限性更为明显。
发明内容
本发明的主要解决原有在线监测主机设备无法应对多套传感器设备数据的接入、大数据传输稳定性差、串口通讯抗干扰性差、串口纠错机制复杂和通讯速率低的技术问题。本发明采用通讯总线的形式，基于CAN总线下的数据采集及控制来实现在线设备更安全、更高速的数据采集和控制方法，以及主机通电状态下对采集设备的热插拔接入。
本发明的技术方案为：本发明包括主机、服务器、温湿度及环境传感器、信息显示字幕机、环流传感器、气体传感器、防区传感器、门禁系统、振动光缆传感器和控制模块。
主机具有RJ45或GPRS通讯能力，通过CAN总线将接收到的数据整理成标准规约送至Internet网络最终到达服务器；温湿度及环境传感器、环流传感器、气体传感器、防区传感器、振动光缆传感器向CAN总线发送监测数据，通过主机接收处理后，不仅通知到服务器，还能向总线上的控制模块发送控制命令控制风机、灯光、除湿以及报警的开启，实现智能化设备管理。
主机将各类传感器监测到的数据通过CAN总线实时传送到信息显示字幕机上，便于操作人员直观检查各类设备数据，方便作业；视频监控通过后台由主机向CAN总线发送控制命令控制云台动作；视频图像记录在本地硬盘机上，或通过服务器查看；门禁采集到IC卡号或指纹ID向CAN总线上的主机上报，通过后台对比实现身份验证，实现人员管理。
所述的CAN总线其实现电路中的控制芯片采用STM32F103R8，还包括电源电路、晶振电路、存储电路和复位电路。
电源电路中电源端从接插件P6输入，直流电压6～9V；输入类型为开关电源或移动电源；通过前端电容滤波后，经芯片ASM117MP-3.3稳压后输出3.3V稳定的电压后给整个电路供电。
晶振电路中电阻R5、电阻R6、电容C7、电容C8、晶振Y1构成低频震荡电路，提供产生延时或休眠前提下的基准时钟；电容C11、电容C12、晶振Y2构成控制芯片正常工作下的时钟电路，提供通讯时基，由这个低频震荡电路提供CAN波特率的产生依据。
存储电路主要由芯片AT24C1024部分构成，通过I2C通讯总线完成对设备状态的各类参数的读取或存储。
复位电路由电阻R7、电容C9和开关S1构成，实现低电平触发复位。
本发明的有益效果在于：
1、通讯接口简单，线束少。
2、布线施工方便快捷，线束成本经济。
3、设备具有热插拔功能，实现了即插即用。
4、极大的兼容性，功能可扩展可升级。
5、用户可自由选择CAN构架下任何品牌的模块组合，提高用户的自主权。
6、极强的抗干扰能力，适合电磁环境复杂的各类电力应用场合。
7、传输距离远，可达10KM，挂载设备多，直接连接，无信号中继设备及复杂熔接工艺产生的其它费用。设备安装方便经济。
8、线束遭物理损坏可修复性高，可再连接，无须厂家专业人员现场维修，恢复时间快，具有高可靠的维护性，维护成本很低。
附图说明
图1为CAN总线连接的示意图。
图2为CAN实现电路原理。
图3为CAN电平转换电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为CAN总线连接的示意图。
如图1所示，主机1具有RJ45或GPRS通讯能力，通过CAN总线上接收到的数据整理成标准规约送至Internet网络最终到达服务器2，即网络云端后台。温湿度及环境传感器3、环流传感器5、气体传感器6、防区传感器7、振动光缆传感器9等可向CAN总线发送监测数据，通过主机1接收处理后，不仅能通知到服务器2，还能向总线上的控制模块10发送专用控制命令可控制风机Ⅰ、灯光Ⅱ、除湿器Ⅲ以及报警器Ⅳ的开启实现了智能化设备管理。
主机1还能将各类模块监测到的数据通过CAN总线实时传送到信息显示字幕机4上，便于操作人员直观检查各类设备数据，方便作业。视频监控可通过后台由主机1向CAN总线发送控制命令控制云台Ⅴ动作。视频图像记录在本地硬盘机Ⅵ上也可通过网络云端后台查看。门禁系统8也可由CAN总线实现，通过门禁采集到的IC卡号或指纹ID向CAN总线上的主机上报，通过后台对比实现身份验证，实现人员管理。
图2为CAN实现电路原理。能实现CAN功能的控制芯片种类很多，TI、ST、ATMEL等各大厂商都有提供这类功能的控制芯片，这里主要以U2(STM32F103R8)系列作为CAN功能实现的控制芯片。
电源端从P6输入，直流电压6～9V。输入类型可以是开关电源或移动电源（锂电池、铅蓄电池）。通过前端电容滤波后，经U5(ASM117MP-3.3)稳压后输出3.3V稳定的电压后给整个电路供电。电路中C1～C6，通过R4、R8隔离后会产生一个简单的模数电源，用以区分模拟地和数字地分别提供给控制芯片U2。
控制芯片有二个晶振电路：R5、R6、C7、C8、Y1构成低频震荡电路，提供产生延时或休眠前提下的基准时钟；C11、C12、Y2构成控制芯片正常工作下的时钟电路，提供通讯时基，由这个震荡电路提供CAN波特率的产生依据。
除此之外，还有存储电路。它由U4部分构成，通过I2C通讯总线完成对设备状态的各类参数的读取或存蓄。为了方便知道状态参数，可以由P3接口通过I2C读取模块(CH431)进行状态读取，或者配置参数时可由P3接口直接对存蓄芯片进行写入操作。控制芯片还有一个复位电路，由R7、C9、S1构成，实现低电平触发复位。P2为该芯片的程序烧录口。当P4跳线帽短接时，可对U2芯片进行程序烧录。STM32F103R8有一路CAN引脚，分别为PA11(CAN-RX)、PA12(CAN-TX)。但这是芯片级的，功能引脚只能提供逻辑电平功能。为了实现CAN的叉分电平，必须加入CAN电平转换芯片。
图3为CAN电平转换电路。分为非隔离和隔离二部分，应用于一般场合和复杂的电磁场合。首先一般场合下，U1(SN65HVD230)是CAN电平转换芯片，图2中U2的PA11脚和PA12脚分别接入图3 U1的第4脚(CAN-RX)和第1脚(CAN-TX)。由U1的第6、7脚输出至P1对外连接接口的2、1脚。其次在复杂的电磁场合下，可采用U3(周立功CTM8251AT)作为CAN电平转换模块，图2中U2的PA11脚和PA12脚分别接入图3 U3的第4脚(CAN-RX)和第3脚(CAN-TX)。由U3的6、7、8脚输出至P1的对外连接接口的1、2、3脚。
Claims (1)
1.基于CAN总线的电力在线监测设备，包括主机、服务器、温湿度及环境传感器、信息显示字幕机、环流传感器、气体传感器、防区传感器、门禁系统、振动光缆传感器和控制模块，其特征在于：
主机具有RJ45或GPRS通讯能力，通过CAN总线将接收到的数据整理成标准规约送至Internet网络最终到达服务器；温湿度及环境传感器、环流传感器、气体传感器、防区传感器、振动光缆传感器向CAN总线发送监测数据，通过主机接收处理后，不仅通知到服务器，还能向总线上的控制模块发送控制命令控制风机、灯光、除湿以及报警的开启，实现智能化设备管理；
主机将各类传感器监测到的数据通过CAN总线实时传送到信息显示字幕机上，便于操作人员直观检查各类设备数据，方便作业；视频监控通过后台由主机向CAN总线发送控制命令控制云台动作；视频图像记录在本地硬盘机上，或通过服务器查看；门禁采集到IC卡号或指纹ID向CAN总线上的主机上报，通过后台对比实现身份验证，实现人员管理；
所述的CAN总线其实现电路中的控制芯片采用STM32F103R8，还包括电源电路、晶振电路、存储电路和复位电路；
电源电路中电源端从接插件P6输入，直流电压6～9V；输入类型为开关电源或移动电源；通过前端电容滤波后，经芯片ASM117MP-3.3稳压后输出3.3V稳定的电压后给整个电路供电；
晶振电路中电阻R5、电阻R6、电容C7、电容C8、晶振Y1构成低频震荡电路，提供产生延时或休眠前提下的基准时钟；电容C11、电容C12、晶振Y2构成控制芯片正常工作下的时钟电路，提供通讯时基，由这个低频震荡电路提供CAN波特率的产生依据；
存储电路主要由芯片AT24C1024部分构成，通过I2C通讯总线完成对设备状态的各类参数的读取或存储；
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