CN105471479B - 一种用于工业现场的can‑蓝牙数据传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于工业现场的CAN‑蓝牙数据传输装置，包括CAN数据通信模块、蓝牙通信模块、电源模块和控制模块，其中，控制模块与CAN数据通信模块和蓝牙通信模块相连接，用于实现CAN数据通信模块和蓝牙通信模块之间的相互传输数据；CAN数据通信模块进一步包括EMC保护模块、CAN收发器和光电隔离模块，CAN收发器与CAN总线之间发送或者接收的数据经EMC保护模块处理后实现数据传输；CAN收发器和控制模块之间发送或者接收的数据经光电隔离模块处理后实现数据传输。与现有技术相比，本发明的CAN‑蓝牙数据传输装置增加EMC保护设计，从而提高CAN接口处的可靠性，保证CAN总线与蓝牙的数据传输的准确性。
Description
技术领域
本发明属于现场控制数据通信领域，尤其涉及一种用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置。
背景技术
CAN总线作为一种可靠、快速的通讯总线，在工业现场上有着广泛的应用。随着信息技术的发展，为了方便、快捷的获取CAN网络下的数据信息，现行的操读终端开始从传统的基于以PC机/单片机为主的控制平台转向以Android/IOS为操作系统的智能手机终端。然而，传统的终端存在成本高昂、维护繁琐、不易携带等问题，相比之下，智能手机可以通过蓝牙或WiFi等无线近端通信技术完成与下行现场网络的通信，同时借助强大的数据运算、图像显示能力，再结合特定的APP软件可方便的实现数据的实时显示、存储以及报警控制等功能，极大的缩减数据操读的硬件成本，比较容易被消费者所接受。
在工业现场环境下，需要在手机终端与下行CAN网络间架构一个数据转换媒介，从而实现两种不同数据格式通信方式的信息互传。但现有技术的CAN-蓝牙转换器只注重基本硬件和功能软件的实现，却忽略了转换器实际工作工业现场环境，申请人在多次试验的基础上，发现复杂、恶劣的工业现场环境会对总线传输过程中的数据产生干扰，从而破坏数据传输的正确性。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种抗干扰能力强且数据传输准确率高的用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置。
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供以下技术方案：
一种用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置，包括用于与CAN总线相连接CAN数据通信模块、用于与外接蓝牙设备相连接的蓝牙通信模块、电源模块和控制模块，其中，所述电源模块为所述CAN数据通信模块、蓝牙通信模块和控制模块提供相应的供电电压；所述控制模块与所述CAN数据通信模块和所述蓝牙通信模块相连接，用于实现所述CAN数据通信模块和所述蓝牙通信模块之间的相互传输数据；
所述CAN数据通信模块进一步包括EMC保护模块、CAN收发器和光电隔离模块，所述CAN收发器与CAN总线之间发送或者接收的数据经EMC保护模块处理后实现数据传输；所述CAN收发器和所述控制模块之间发送或者接收的数据经光电隔离模块处理后实现数据传输。
优选地，所述CAN收发器采用型号为TJA1050的CAN收发芯片。
优选地，所述控制模块采用内置CAN控制器的单片机。
优选地，所述控制模块采用型号为PIC18F25K80的单片机。
优选地，所述光电隔离模块由高速光耦芯片和隔离电源组成。
优选地，所述高速光耦芯片的型号为6N137，所述隔离电源的型号为B0505。
优选地，所述蓝牙通信模块采用支持蓝牙4.0协议的BLE-CC41-A蓝牙模块。
优选地，所述控制模块与所述蓝牙通信模块之间通过串口实现数据通信。
优选地，所述控制模块内置CAN标识符，当所述控制模块接收到的CAN报文与其内置的CAN标识符不相符，直接丢弃该CAN报文。
优选地，通过蓝牙设备实现对所述控制模块内置的CAN标识符的配置操作。
与现有技术相比较，本发明的CAN-蓝牙数据传输装置增加EMC保护设计，从而提高CAN接口处的可靠性，保证CAN总线与蓝牙的数据传输的准确性。
附图说明
图1为本发明一种用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置的原理框图。
图2为本发明用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置中CAN数据通信模块的电路原理图。
图3为本发明用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置工作流程示意图。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明旨在实现CAN总线与蓝牙的数据互传工作，可以将CAN网络下的数据经过蓝牙设备以无线的方式传送出去，外部就可以使用手机等智能终端设备直接进行数据读取，方便进行数据的分析显示。
参见图1，所示为本发明一种用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置的原理框图，包括用于与CAN总线相连接CAN数据通信模块、用于与外接蓝牙设备相连接的蓝牙通信模块、电源模块和控制模块，其中，电源模块为CAN数据通信模块、蓝牙通信模块和控制模块提供相应的供电电压；控制模块与CAN数据通信模块和蓝牙通信模块相连接，用于实现CAN数据通信模块和蓝牙通信模块之间的相互传输数据；
CAN数据通信模块进一步包括EMC保护模块、CAN收发器和光电隔离模块，CAN收发器采用型号为TJA1050的CAN收发芯片，CAN收发器与CAN总线之间发送或者接收的数据经EMC保护模块处理后实现数据传输；CAN收发器和控制模块之间发送或者接收的数据经光电隔离模块处理后实现数据传输，从而实现CAN总线数据与蓝牙4.0设备的数据透明互传。
优选地，控制模块采用内置CAN控制器的单片机，具体采用型号为PIC18F25K80的单片机。
优选地，光电隔离模块由高速光耦芯片和隔离电源组成。具体的，高速光耦芯片的型号为6N137，隔离电源的型号为B0505。
优选地，蓝牙通信模块采用支持蓝牙4.0协议的BLE-CC41-A蓝牙模块，控制模块与蓝牙通信模块之间通过串口实现数据通信。
优选地，控制模块内置CAN标识符，当控制模块接收到的CAN报文与其内置的CAN标识符不相符，直接丢弃该CAN报文。由于针对CAN中总线报文屏蔽机制设计了专用的标识符配置功能，从而针对不同组网ID配置要求可以实现一个现场的灵活配置，能够满足多种屏蔽需要。在实际应用中，可以通过蓝牙设备实现对控制模块内置的CAN标识符的配置操作。具体工作如下：上电工作时，指示灯长亮，转换器默认处于数据透传功能状态，会根据上一次的配置进行传输工作；当需要进行CAN标识符的修改配置时，首先长按转换器上的按键大约5秒，指示灯会从长亮状态转为0.5秒的跳闪状态，进入配置状态，此时便可通过专用APP透过蓝牙进行配置工作，完成之后会自动回到透传状态。
参见图2，所示为本发明用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置中CAN数据通信模块的电路原理图，主要包括光电隔离模块、CAN收发器、EMC保护模块三部分电路设计。
光电隔离模块由高速光耦6N137和隔离电源B0505组成，高速光耦的添加可实现电信号传输的隔离作用，从而实现保护信号前级电路的功用。第一高速光速光耦U1为CAN发送形成隔离保护：U1第3引脚CATHODE接CAN输出信号TXCAN；U1第2引脚ANODE接供电高电压VCC；U1第5和第8引脚为隔离供电口，隔离电位V+和0V由隔离电源U4(B0505)产生；U1第6引脚OUTPUT与第7引脚ENABLE通过一个上拉电阻R1实现对前级输入的后级输出。第二高速光耦U3为CAN接收线形成隔离保护，接口实现过程与第一高速光耦方向相反、连接一致。
CAN收发器由U2(TJA1050)组成，它可完成控制器IO信号与CAN差分信号之间的双向转换的作用。U2第1引脚TXD接至CAN输出信号；U2第4引脚RXD接至CAN输入信号；U2第2和第3引脚电源供电脚，分别接至0V和V+；U2第5引脚CANL和第6引脚CANH形成CAN的差分输入输出线；U2第8引脚S通过电阻R2接0V电位。
EMC保护模块由滤波器与浪涌管构成：滤波器用于应对传导噪声；浪涌管则针对雷击等大电流进行保护。传导噪声可分为差模和共模两种，频谱范围在0.15-30MHz之间，抑制可进行分别抑制。差模抑制：CANH和CANL信号线由U2的6、7引脚出来经过限流保护电阻R5、R3连接至差模电感L2与L1，差模电感实现对交流进线间的差模干扰进行衰减，当差模干扰频率越高，差模电感感抗越大，滤波器滤波效果就越好，从而阻止差模噪声进入后级电路中。为防止电感影响CAN的正常通信，电感取值不能过大，最大稳定值在100uH左右较为适宜。共模抑制：CANH和CANL信号线经过差模保护后连接至共模电感B1，共模电感与电容C2、C3分别组成交流进线上两对独立端口之间的共模滤波器，负责滤除抑制共模信号。由于B1是铁氧体磁芯上同向绕制相同匝数的共模电感，对于差模信号其产生大小相等、方向相反的磁场，可相互抵消，对于共模信号则产生同方向的磁场，增大电感的感抗值，可以减小共模干扰，设计中共模电感取为400uH。浪涌保护：浪涌干扰属于破坏性干扰，在接口保护设计上一般要求在接口外部就能实现能量的泄放，从而保护内部元件电路。本发明的浪涌保护处于滤波器与CAN外部接口之间，由浪涌管TVS1、TVS2、TVS3构成，TVS1和TVS3的一端分别与高压放电电容C1和C4相连，工作时，浪涌管可将由雷击或高电压产生的浪涌能量通过放电电容泻放到大地(PE)。考虑到CAN显隐信号电平最大不超过5V，因而，器件选用额定电压为5V的SMAJ5.0CA双向TVS管，C1、C4是规格为1nF/2KV。
参见图3，所示为为本发明用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置工作流程示意图，CAN-蓝牙数据传输装置主要负责CAN数据和蓝牙数据的转换传输工作，因此主流程实现的是初始化CAN控制器、将蓝牙数据转发、将CAN数据转发、按键功能处理这几步。由于CAN总线报文帧除了存储传输的数据外还存在报文头和协议头，所以要对传输数据进行适当去头处理，整个CAN接收处理都在中断程序中实现。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置，其特征在于，包括用于与CAN总线相连接CAN数据通信模块、用于与外接蓝牙设备相连接的蓝牙通信模块、电源模块和控制模块，其中，所述电源模块为所述CAN数据通信模块、蓝牙通信模块和控制模块提供相应的供电电压；所述控制模块与所述CAN数据通信模块和所述蓝牙通信模块相连接，用于实现所述CAN数据通信模块和所述蓝牙通信模块之间的相互传输数据；
所述CAN数据通信模块进一步包括EMC保护模块、CAN收发器和光电隔离模块，所述CAN收发器与CAN总线之间发送或者接收的数据经EMC保护模块处理后实现数据传输；所述CAN收发器和所述控制模块之间发送或者接收的数据经光电隔离模块处理后实现数据传输；
所述光电隔离模块由高速光耦芯片和隔离电源组成；所述高速光耦芯片的型号为6N137，所述隔离电源的型号为B0505；
所述CAN收发器采用型号为TJA1050的CAN收发芯片；
所述EMC保护模块由滤波器与浪涌保护模块构成，所述滤波器用于应对传导噪声，包括差模保护模块和共模保护模块；所述浪涌保护模块用于针对雷击或大电流进行保护；
其中，差模保护模块为：CANH和CANL信号线由CAN收发器TJA1050的6、7引脚出来分别经过限流保护电阻R5、R3连接至差模电感L2与L1，所述差模电感用于实现对交流进线间的差模干扰进行衰减从而阻止差模噪声进入后级电路中；所述差模电感L2与L1的电感值为100uH；
共模保护模块为：CANH和CANL信号线经过差模保护模块后连接至共模电感B1，共模电感B1与电容C2、C3分别组成交流进线上两对独立端口之间的共模滤波器以滤除抑制共模信号；所述共模电感B1为铁氧体磁芯上同向绕制相同匝数的共模电感，共模电感B1的电感值取为400uH；
所述浪涌保护模块处于滤波器与CAN外部接口之间，由浪涌管TVS1、TVS2、TVS3构成，TVS1和TVS3的一端分别与高压放电电容C1和C4相连，工作时，浪涌管将由雷击或高电压产生的浪涌能量通过放电电容泻放到大地；
所述控制模块内置CAN标识符，当所述控制模块接收到的CAN报文与其内置的CAN标识符不相符，直接丢弃该CAN报文，并通过蓝牙设备实现对所述控制模块内置的CAN标识符的配置操作。
2.根据权利要求1所述的用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置，其特征在于，所述控制模块采用内置CAN控制器的单片机。
3.根据权利要求2所述的用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置，其特征在于，所述控制模块采用型号为PIC18F25K80的单片机。
4.根据权利要求2所述的用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置，其特征在于，所述蓝牙通信模块采用支持蓝牙4.0协议的BLE-CC41-A蓝牙模块。
5.根据权利要求2所述的用于工业现场的CAN-蓝牙数据传输装置，其特征在于，所述控制模块与所述蓝牙通信模块之间通过串口实现数据通信。
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