CN105717840A - 一种can网络分布式控制器 - Google Patents

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郭彦蕊
张涛
罗轶峰
张少华
刘占军
李敏
方忠良
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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Abstract

本发明涉及控制器，具体说是一种CAN网络分布式控制器，包括微处理器模块、通信模块、输入模块、输出模块和为上述各模块供电的电源模块，其特征在于：所述输入模块和输出模块通过I/O扩展模块与微处理器模块连接，外部主控单元通过所述通信模块向微处理器模块发送控制信号，微处理器模块根据输入模块通过I/O扩展模块传来的采集信息对所述控制信号进行运算处理，再通过所述I/O扩展模块向输出模块发送执行指令。本发明以微处理器模块为核心外扩各种输入输出模块，具有集成度高、体积小、能耗低和接口丰富的特点；本发明采用的输出模块响应速度快、驱动能力强，可以直接驱动大电流负载，无需再外扩驱动模块。

Description

一种CAN网络分布式控制器
技术领域
本发明涉及控制器，具体说是汽车底盘和工程机械控制系统中的一种CAN网络分布式控制器。
背景技术
现有的汽车底盘和工程机械的控制系统正朝着小型化、高集成度和网络化的方向发展。传统的汽车底盘和工程机械控制系统往往具有如下不足：1、大量采用分立部件，集成度不高，体积较大，能耗高，且接口有限；2、对于负载的驱动往往采用继电器，响应速度慢，故障率高，使用寿命短；3、驱动能力小，不具备高集成度的大电流驱动器，一般需外扩独立的驱动模块；4、不具备对负载的检测和故障诊断能力；5、通信方式往往采用RS232或RS485等，不具备分布式网络结构，不能适用高可靠、大数据量的链路传输。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种集成度高、驱动能力强的CAN网络分布式控制器。
本发明所采取的技术方案为：一种CAN网络分布式控制器，包括微处理器模块、通信模块、输入模块、输出模块和为上述各模块供电的电源模块，其特征在于：所述输入模块和输出模块通过I/O扩展模块与微处理器模块连接，外部主控单元通过所述通信模块向微处理器模块发送控制信号，微处理器模块根据输入模块通过I/O扩展模块传来的采集信息对所述控制信号进行运算处理，再通过所述I/O扩展模块向输出模块发送执行指令。
作为优选，还包括与所述微处理器模块连接的存储扩展模块。
作为优选，所述存储扩展模块由RAM存储器和FRAM存储器组成。
作为优选，所述通信模块由RS232通信接口模块和CAN通信接口模块组成。
作为优选，所述输入模块包括脉冲输入、数字开关量输入和正交编码输入，脉冲输入、数字开关量输入和正交编码输入均通过I/O扩展模块向所述微处理器模块发送采集信息。
作为优选，所述输入模块还包括模拟量输入，模拟量输入直接向所述微处理器模块发送采集信息。
作为优选，所述输出模块包括开关量输出和H-桥驱动输出，所述微处理器模块通过I/O扩展模块分别向开关量输出和H-桥驱动输出发送执行指令。
作为优选，所述输出模块还包括PWM输出，所述微处理器模块直接向PWM输出发送执行指令。
作为优选，所述微处理器模块由主控制器MCU和看门狗组成。
作为优选，所述I/O扩展模块通过I2C总线扩展所述主控制器MCU的通用I/O接口。
与现有技术相比，本发明所产生的有益效果为：
1、本发明以微处理器模块为核心外扩各种输入输出模块，具有集成度高、体积小、能耗低和接口丰富的特点；
2、本发明采用的输出模块响应速度快、驱动能力强，可以直接驱动大电流负载，无需再外扩驱动模块；
3、本发明采用的输出模块均具备负载故障保护和诊断功能，增加了可靠性和智能化程度；
4、本发明采用CAN通信接口，具有构建多节点分布式CAN通信网络的能力，便于远距离、大数据量的交互传输。
附图说明
附图1为本发明结构框图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明作详细说明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
一种CAN网络分布式控制器，包括微处理器模块1、通信模块2、输入模块3、输出模块4和为上述各模块供电的电源模块5，电源模块实现24V转12V和12V转5V，同时对外提供+12V和+5V供电，均带有反接和短路保护，并能对供电故障进行诊断；微处理器模块1由主控制器MCU和看门狗组成，主控制器MCU采用SAK-XC2287,硬件看门狗采用SP706；所述输入模块3和输出模块4通过I/O扩展模块6与微处理器模块连接，外部主控单元通过所述通信模块2向微处理器模块发送控制信号，微处理器模块根据输入模块通过I/O扩展模块传来的采集信息对所述控制信号进行运算处理，再通过所述I/O扩展模块向输出模块发送执行指令，从而控制汽车底盘或工程机械的相应动作。本发明的I/O扩展模块通过I2C总线扩展所述主控制器MCU的通用I/O接口，其采用I2C通用I/O扩展芯片PCA9555，满足主控制器MCU对输入模块和输出模块的绝大部分引脚控制功能。
为了实现数据存储的可靠性，本发明采用与所述微处理器模块连接的存储扩展模块7，存储扩展模块由RAM存储器71和FRAM存储器72组成，其中RAM存储器采用IS64C6416AL，用于处理数据的临时存储；FRAM存储器采用FM25256B,用于基本配置信息和各端口当前状态信息的存储，以便系统掉电后或严重故障时的参数恢复；FRAM存储器中划分不同存储区域，保证基本配置参数不被用户访问而导致修改。
作为优选，所述通信模块2由RS232通信接口模块21和CAN通信接口模块22组成，RS232通信接口模块是调试和程序下载接口，CAN通信接口模块既是程序下载接口又是CAN数据通信网络的组网接口。CAN通信接口模块具有两路CAN通信接口，通过收发器TJA1050T与微处理模块连接，同时CAN通信端口带有雷击和静电防护功能。
本发明的输入模块3包括脉冲输入31、数字开关量输入32和正交编码输入33，脉冲输入、数字开关量输入和正交编码输入均通过I/O扩展模块向所述微处理器模块发送采集信息；本发明的脉冲输入具有脉冲计数和频率测量的功能，其中频率测量范围为1-32kHz，脉冲计数采用16计数器模式；所述输入模块3还包括模拟量输入34，模拟量输入直接向所述微处理器模块发送采集信息；模拟量输入同时具备采集模拟电压和模拟电流的功能，当输入为模拟电流时，微处理器模块通过BTS3408可以配置阻值为250欧姆的取样电阻，实现电流到电压量的转化。
本发明的输出模块4均自带短路、温度保护和开路、短路故障诊断功能；其中故障诊断既可通过模块数字量输入电平跳变来判断也可通过对模块输出电流的反馈判断实现；作为优选，所述输出模块4包括开关量输出41和H-桥驱动输出42，所述微处理器模块通过I/O扩展模块分别向开关量输出和H-桥驱动输出发送执行指令；所述输出模块还包括PWM输出43，所述微处理器模块直接向PWM输出发送执行指令；H-桥驱动输出可驱动直流电机，峰值驱动电流达42A，其输出由BTS7811K实现功率输出，可以直接对外驱动直流电机或大功率容性或感性负载，该输出与PWM输出类似，同样具有电流反馈功能，所不同的是取样电阻值要更小。本发明的PWM输出能输出频率为0-16kHz，占空比为0-100%的功率脉冲信号，峰值驱动电流达3A；PWM输出的功率输出直接由微处理器模块驱动BTS723实现，在PWM输出的输出端串接有取样电阻，通过对取样电阻两端的电压差的运放和RC滤波处理后送至微处理器模块的主控制器MCU的AD采用口，再通过计算处理得到PWM输出的电流反馈值，进而实现对PWM的精确控制。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种CAN网络分布式控制器，包括微处理器模块、通信模块、输入模块、输出模块和为上述各模块供电的电源模块，其特征在于：所述输入模块和输出模块通过I/O扩展模块与微处理器模块连接，外部主控单元通过所述通信模块向微处理器模块发送控制信号，微处理器模块根据输入模块通过I/O扩展模块传来的采集信息对所述控制信号进行运算处理，再通过所述I/O扩展模块向输出模块发送执行指令。
2.如权利要求1所述CAN网络分布式控制器，其特征在于：还包括与所述微处理器模块连接的存储扩展模块。
3.如权利要求2所述CAN网络分布式控制器，其特征在于：所述存储扩展模块由RAM存储器和FRAM存储器组成。
4.如权利要求1所述CAN网络分布式控制器，其特征在于：所述通信模块由RS232通信接口模块和CAN通信接口模块组成。
5.如权利要求1所述CAN网络分布式控制器，其特征在于：所述输入模块包括脉冲输入、数字开关量输入和正交编码输入，脉冲输入、数字开关量输入和正交编码输入均通过I/O扩展模块向所述微处理器模块发送采集信息。
6.如权利要求5所述CAN网络分布式控制器，其特征在于：所述输入模块还包括模拟量输入，模拟量输入直接向所述微处理器模块发送采集信息。
7.如权利要求6所述CAN网络分布式控制器，其特征在于：所述输出模块包括开关量输出和H-桥驱动输出，所述微处理器模块通过I/O扩展模块分别向开关量输出和H-桥驱动输出发送执行指令。
8.如权利要求7所述CAN网络分布式控制器，其特征在于：所述输出模块还包括PWM输出，所述微处理器模块直接向PWM输出发送执行指令。
9.如权利要求1所述CAN网络分布式控制器，其特征在于：所述微处理器模块由主控制器MCU和看门狗组成。
10.如权利要求9所述CAN网络分布式控制器，其特征在于：所述I/O扩展模块通过I2C总线扩展所述主控制器MCU的通用I/O接口。
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