CN107654360A

CN107654360A - 一种基于can总线的消防水泵智能检测系统

Info

Publication number: CN107654360A
Application number: CN201610585580.4A
Authority: CN
Inventors: 赵宝瀛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-07-24
Filing date: 2016-07-24
Publication date: 2018-02-02

Abstract

针对传统消防水泵检测系统结构复杂、操作不便及RS485总线类型的检测系统通信吞吐量不高、实时性较差等问题，提出了基于CAN总线的消防水泵检测系统解决方案，发明了一种基于CAN总线的消防水泵智能检测系统。系统所测参数正确，结构简单，工作可靠，易操作，实现了系统的智能化和小型化，具有较好的实用价值。

Description

一种基于CAN总线的消防水泵智能检测系统

所属技术领域

本发明涉及一种检测系统，尤其涉及一种基于CAN总线的消防水泵智能检测系统。

背景技术

消防水泵检测系统是消防水泵研发与维护的检测平台，对改进消防水泵的设计和提高水泵的维护效率，有着极其重要的意义。目前国产的检测系统主要有两种类型：一是传统检测系统，存在硬件集成复杂,人机交互性能差,操作不方便,可靠性低等缺点；二是采用RS485（或RS232）总线技术的检测系统，虽然结构较为简单，可靠性较高，但存在通信的吞吐量低、实时性较差、从机的系统开销大且从机间通信难度大等缺点。随着信息化、自动化和智能化技术的发展，对检测系统的布线方式、信号传输方式、显示方式、检测与诊断方式提出了更高要求，传统及RS485总线类型的的检测系统已不能满足要求，影响了消防水泵的研发与日常维护效率。

CAN即控制器局域网络（Controller Area Network），是ISO国际标准化的串行通信协议。由于它具有能完成通信数据的成帧处理、在理论上能使网络内的节点数不受限制，网络各节点之间能进行自由通信，数据通信实时性强、开发周期短、结构简单、可靠性高等优点，使CAN总线已成为国际通用的现场总线，并被公认为是最有发展前途的现场总线之一，倍受工业界的重视，在汽车工业、航空工业、工业控制等领域中得到了广泛应用。

发明内容

本发明的目的是针对传统消防水泵检测系统结构复杂、操作不便及RS485总线类型的检测系统通信吞吐量不高、实时性较差等问题，设计了一种基于CAN总线的消防水泵智能检测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于CAN总线的消防水泵智能检测系统由数据采集与处理、虚拟仪表和辅助诊断等三大模块组成。传感器所测模拟信号由LM8962芯片及附属电路采集处理，处理结果被发送到CAN总线上，供虚拟仪表电路模块和辅助诊断模块读取。通过检测消防水泵的转速、扭矩、水泵流量、水泵进出口压力和介质的温度等6个参数，就可以计算出衡量水泵性能的扬程、轴功率、效率等关键参数，再调用专家库，可对消防水泵的性能和工况进行评价与鉴定。

所述的系统各模块之间可通过CAN总线自由通信，CAN总线通信采用J1939协议。

所述的数据采集与处理模块主要由传感器节点组、信号调理电路、主控模块（LM8962）、输出控制模块、CAN驱动电路等组成。

所述的主控芯片采用的是Luminary Micro公司所提供的一款具有ARM Cortex-M3核心的Stellaris 系列ARM控制器LM3S8962，它具有支持CAN 2.0A/B的CAN控制接口、4路10位1M次/秒采样的ADC单元、PWM（脉宽调制器）、QEI（正交编码器接口）单元及其他一些通用串并行接口。

所述的LM3S8962 CAN模块主要由CAN协议控制器和报文处理器、消息存储区、CAN寄存器接口三部分组成。

所述的CAN驱动芯片采用的是PHILIP公司的高速CAN总线收发器TJA1040，它与PCA82C250/251以及TJA1050完全兼容。

所述的虚拟仪表包括计算机硬件和用于数据分析、过程通信以及图形用户界面的应用软件，虚拟仪表主要完成对水泵数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能。

所述的虚拟仪表的主控单元采用的是三星公司的ARM9处理器S3C2440。其核心处理器是由Advanced RISC Machine 有限公司设计的16/32位ARM920T处理器。ARM920T内核时钟能达到300-400MHZ，并实现了MMU、AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。S3C2440片上集成了外部存储控制器(SDRAM控制及片选逻辑)、LCD控制器、DMA控制器、UART、SPI等多种功能。

所述的CAN转换芯片采用的是MicroChip公司的带有SPI 接口的独立CAN 控制器MCP2510，它完全支持CAN总线V2.0A和V2.0B技术规范。

所述的系统为了连接到CAN网络上，后级需要接CAN驱动芯片TJA1040。

所述的辅助诊断模块主要由PC机和CAN总线接口卡组成，用于分析消防水泵的工况。

所述的PC为一台笔记本电脑，其与CAN的接口采用的是广州周立功公司的非智能CAN总线接口卡PCI-9810。

本发明的有益效果是：

基于CAN总线的消防水泵智能检测系统所测参数正确，检测操作方便；PC辅助诊断模块能正确诊断水泵的工况，系统的自动化、智能化程度高；CAN总线整合了系统部件，通信的实时性和可靠性较高；虚拟仪表替代了传统仪表，布线简洁明了，检测数据能集中显示，节约了开发成本。系统工作的可靠性高，实现了检测系统的小型化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是检测系统网络架构。

图2是CAN驱动电路。

图3是虚拟仪表CAN接口电路。

图4是消防水泵测试平台。

其中，1.汽蚀罐；2.手动调节阀；3.进口压力传感器；4.扭矩测量仪；5.电动调节阀6.出口压力传感器；7.流量计；8.温度传感器；9.水箱；10.转速测量仪；11.电机；12.水泵；13.电加热丝。

具体实施方式

如图1所示，检测系统网络架构由数据采集与处理、虚拟仪表和辅助诊断等三大模块组成），各模块之间可通过CAN总线自由通信，CAN总线通信采用J1939协议。传感器所测模拟信号由LM8962芯片及附属电路采集处理，处理结果被发送到CAN总线上，供虚拟仪表电路模块和辅助诊断模块读取。通过检测消防水泵的转速、扭矩、水泵流量、水泵进出口压力和介质的温度等6个参数，就可以计算出衡量水泵性能的扬程、轴功率、效率等关键参数，再调用专家库，可对消防水泵的性能和工况进行评价与鉴定。检测系统由数据采集与处理、虚拟仪表、辅助诊断、测试平台和软件等部分组成。

数据采集与处理模块主要由传感器节点组、信号调理电路、主控模块（LM8962）、输出控制模块、CAN驱动电路等组成。传感器测量的模拟信号经过信号调理电路的放大和滤波后，主控芯片对模拟信号进行A/D转换和二次计算等处理，然后向CAN总线发送采集结果。主控芯片采用的是Luminary Micro公司所提供的一款具有ARM Cortex-M3核心的Stellaris系列ARM控制器LM3S8962，它具有支持CAN 2.0A/B的CAN控制接口、4路10位1M次/秒采样的ADC单元、PWM（脉宽调制器）、QEI（正交编码器接口）单元及其他一些通用串并行接口。LM3S8962 CAN模块主要由CAN协议控制器和报文处理器、消息存储区、CAN寄存器接口三部分组成。

如图2所示，CAN驱动芯片采用的是PHILIP公司的高速CAN 总线收发器TJA1040，它与PCA82C250/251以及TJA1050完全兼容。

如图3所示，虚拟仪表包括计算机硬件和用于数据分析、过程通信以及图形用户界面的应用软件，虚拟仪表主要完成对水泵数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能。仪表显示值通过CAN总线从传感器/控制节点获得，也能与PC机进行通信，并显示PC机诊断的结果。虚拟仪表的主控单元采用的是三星公司的ARM9处理器S3C2440。其核心处理器是由Advanced RISC Machine 有限公司设计的16/32位ARM920T处理器。ARM920T内核时钟能达到300-400MHZ，并实现了MMU、AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。S3C2440片上集成了外部存储控制器(SDRAM控制及片选逻辑)、LCD控制器、DMA控制器、UART、SPI等多种功能。由于S3C2440没有CAN总线接口，可以通过一块转换芯片实现CAN总线的接口与通信。CAN转换芯片采用的是MicroChip公司的带有SPI接口的独立CAN 控制器MCP2510，它完全支持CAN总线V2.0A和V2.0B技术规范。另外，为了连接到CAN网络上，后级需要接CAN驱动芯片TJA1040。

PC机辅助诊断模块主要根据所测数据对消防水泵工况进行诊断，该模块可根据检测要求，可灵活配置。辅助诊断模块主要由PC机和CAN总线接口卡组成，用于分析消防水泵的工况。PC为一台笔记本电脑，其与CAN的接口采用的是广州周立功公司的非智能CAN总线接口卡PCI-9810。

如图4所示，根据国标规定，水泵的性能试验装置可分为开式试验装置和闭式试验装置。系统采用了开式试验装置，测试装置的设计是依据GB3216-89要求进行，实验精度符合国家Ｂ级要求。

Claims

1.一种基于CAN总线的消防水泵智能检测系统由数据采集与处理、虚拟仪表和辅助诊断等三大模块组成；传感器所测模拟信号由LM8962芯片及附属电路采集处理，处理结果被发送到CAN总线上，供虚拟仪表电路模块和辅助诊断模块读取；通过检测消防水泵的转速、扭矩、水泵流量、水泵进出口压力和介质的温度等6个参数，就可以计算出衡量水泵性能的扬程、轴功率、效率等关键参数，再调用专家库，可对消防水泵的性能和工况进行评价与鉴定。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的消防水泵智能检测系统，其特征是所述的系统各模块之间可通过CAN总线自由通信，CAN总线通信采用J1939协议。

3.根据权利要求1所述的基于CAN总线的消防水泵智能检测系统，其特征是所述的数据采集与处理模块主要由传感器节点组、信号调理电路、主控模块（LM8962）、输出控制模块、CAN驱动电路等组成。

4.根据权利要求1所述的基于CAN总线的消防水泵智能检测系统，其特征是所述的主控芯片采用的是Luminary Micro公司所提供的一款具有ARM Cortex-M3核心的Stellaris 系列ARM控制器LM3S8962，它具有支持CAN 2.0A/B的CAN控制接口、4路10位1M次/秒采样的ADC单元、PWM（脉宽调制器）、QEI（正交编码器接口）单元及其他一些通用串并行接口。

5.根据权利要求1所述的基于CAN总线的消防水泵智能检测系统，其特征是所述的LM3S8962 CAN模块主要由CAN协议控制器和报文处理器、消息存储区、CAN寄存器接口三部分组成。

6.根据权利要求1所述的基于CAN总线的消防水泵智能检测系统，其特征是所述的CAN驱动芯片采用的是PHILIP公司的高速CAN总线收发器TJA1040，它与PCA82C250/251以及TJA1050完全兼容。

7.根据权利要求1所述的基于CAN总线的消防水泵智能检测系统，其特征是所述的虚拟仪表包括计算机硬件和用于数据分析、过程通信以及图形用户界面的应用软件，虚拟仪表主要完成对水泵数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能。

8.根据权利要求1所述的基于CAN总线的消防水泵智能检测系统，其特征是所述的虚拟仪表的主控单元采用的是三星公司的ARM9处理器S3C2440；其核心处理器是由AdvancedRISC Machine 有限公司设计的16/32位ARM920T处理器；ARM920T内核时钟能达到300-400MHZ，并实现了MMU、AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构；S3C2440片上集成了外部存储控制器(SDRAM控制及片选逻辑)、LCD控制器、DMA控制器、UART、SPI等多种功能。

9.根据权利要求1所述的基于CAN总线的消防水泵智能检测系统，其特征是所述的CAN转换芯片采用的是MicroChip公司的带有SPI 接口的独立CAN 控制器MCP2510，它完全支持CAN总线V2.0A和V2.0B技术规范。

10.根据权利要求1所述的基于CAN总线的消防水泵智能检测系统，其特征是所述的系统为了连接到CAN网络上，后级需要接CAN驱动芯片TJA1040。