CN111413902A - 一种基于Can总线的桥梁监测通信方法及采集系统 - Google Patents

一种基于Can总线的桥梁监测通信方法及采集系统 Download PDF

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田一鸣
谢黎明
杜赛赛
徐寒亭
赵翔
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Anhui Transport Consulting and Design Institute Co Ltd
Highway Traffic Energy Saving and Environmental Protection Technology and Equipment Transportation Industry R&D Center
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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Abstract

本发明涉及一种基于总线的桥梁监测通信方法及采集系统，通过合理的总体设计，对传感器网络节点进行模块化的设计，使用一种CAN总线网络控制方法，实现了对桥梁监测传感器数据的高效获取和对CAN协议传输的控制。避免总线仲裁，降低传感器数据发送与接收数据时的延时问题，解决了目前桥梁监测传感器采集领域总线数据传输效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、应用不灵活等问题。

Description

一种基于Can总线的桥梁监测通信方法及采集系统
技术领域：
本发明涉及电子通信技术领域，尤其是涉及一种桥梁监测采集技术。
背景技术：
伴随着桥梁的建造技术的迅猛发展，近年来国内涌现出了许多大型，特大型的桥梁。而这些桥梁建设时间较短，大部分桥梁结构强度仍处在合理的范围内，尚未出现结构疲劳，然而随着时间的迁移，桥梁结构的健康为题将会凸显出来。
传统的桥梁监测数据采集系统一般采用RS485作为组网方式, 而RS485本身存在总线效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂节点少、应用不灵活等的局限性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有桥梁监测数据通信技术的缺陷而提供一种基于Can总线的桥梁监测通信方法及采集系统。
为实现上述目的，本发明通过如下具体方案来实现：
一种基于Can总线的桥梁采集系统，包含上位机、下位机、网络节点和传感器子模块；
所述的上位机由本地服务器端和远程客户端组成，对网络模块数据进行收集、显示、处理和保存工作；本地服务器端主要任务是接收 CAN总线发送来的数据,并且将相应数据转换成电压值,显示转换值, 将本地服务器端的采集数据在远程客户端动态显示,对试验数据进行远程监控；
所述的下位机作为独立的CAN控制器，主要完成3个部分功能：CAN 协议引擎、用来为器件机器运行进行配置的逻辑控制和SRAM寄存器和 SPI串口通信模块；其中包含CAN总线收发器，是一个物理层的器件，它是CAN总线控制器和物理总线之间的接口，提供对总线的差动发送能力和对CAN总线控制器的差动接收能力；
所述网络节点由CAN总线收发器与物理总线的接口电路、CAN通信控制器与微处理器组成；当网络节点接收所述下位机发送的询问指令后，将接收到的同步包的个数对X取余，若结果等于所述网络节点对应的发送值时，所述网络节点将该节点传感器采集数据发送至下位机；
所述的传感器子模块以单片机MSP430F169为核心，完成单路信号的滤波、放大、16位A/D采样，以及数字化的信号处理、数据优化打包和节点SPI通信。
优选的，所述X为自然数，大于控制网络中网络节点的个数，每个网络节点对应的发送值均不相同；
本发明还提供一种基于Can总线的桥梁监测通信方法，下位机主节点每隔一段时间向总线内多个网络节点发送问询指令同步包，网络节点接收下位机主节点发送的问询同步包，当网络节点接收到的同步包的个数对X取余等于所述网络节点对应的发送值时，所述网络节点将该节点传感器采集数据发送至下位机。
优选的，每一个网络节点分配有一个同步起始值，网络节点对应的发送值等于所述X减去所述网络节点的同步起始值。
本发明的有益效果在于：
通过合理的总体设计，对传感器网络节点进行模块化的设计，使用一种CAN总线网络控制方法，实现了对桥梁监测传感器数据的高效获取和对CAN协议传输的控制。避免总线仲裁，降低传感器数据发送与接收数据时的延时问题，解决了目前桥梁监测传感器采集领域总线数据传输效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、应用不灵活问题。
附图说明:
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为桥梁监测系统数据采集与传输网络结构；
图2通信控制方法流程图；
图3传感器子模块结构图。
具体实施结构:
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1，一种基于Can总线的桥梁采集系统，包含上位机、下位机、网络节点和传感器子模块；
所述的上位机由本地服务器端和远程客户端组成，对网络模块数据进行收集、显示、处理和保存工作；本地服务器端主要任务是接收 CAN总线发送来的数据,并且将相应数据转换成电压值,显示转换值, 将本地服务器端的采集数据在远程客户端动态显示,对试验数据进行远程监控；
所述的下位机作为独立的CAN控制器，主要完成3个部分功能：CAN 协议引擎、用来为器件机器运行进行配置的逻辑控制和SRAM寄存器和 SPI串口通信模块；其中包含CAN总线收发器，是一个物理层的器件，它是CAN总线控制器和物理总线之间的接口，提供对总线的差动发送能力和对CAN总线控制器的差动接收能力；
所述网络节点由CAN总线收发器与物理总线的接口电路、CAN通信控制器与微处理器组成；当网络节点接收所述下位机发送的询问指令后，将接收到的同步包的个数对X取余，若结果等于所述网络节点对应的发送值时，所述网络节点将该节点传感器采集数据发送至下位机；所述X为自然数，大于控制网络中网络节点的个数，每个网络节点对应的发送值均不相同；
如图3所示，所述的传感器子模块以单片机MSP430F169为核心，完成单路信号的滤波、放大、16位A/D采样，以及数字化的信号处理、数据优化打包和节点SPI通信。
本发明还提供一种基于Can总线的桥梁监测通信方法，下位机主节点每隔一段时间向总线内多个网络节点发送问询指令同步包，网络节点接收下位机主节点发送的问询同步包，当网络节点接收到的同步包的个数对X取余等于所述网络节点对应的发送值时，所述网络节点将该节点传感器采集数据发送至下位机。
优选的，每一个网络节点分配有一个同步起始值，网络节点对应的发送值等于所述X减去所述网络节点的同步起始值。
如图2所示下位机主节点工作方式主要采用问询式，即下位机节点每隔预设时间向多个总线网络内的网络节点发送询问同步包。
所述网络节点由CAN总线收发器与物理总线的接口电路、CAN通信控制器与微处理器组成。当网络节点接收所述下位机发送的询问指令后，将接收到的同步包的个数对X取余，若结果等于所述网络节点对应的发送值时，所述网络节点将该节点传感器采集数据发送至下位机。所述X为自然数，大于控制网络中网络节点的个数，每个网络节点对应的发送值均不相同。
当下位机采集到检测传感器的数据，主动推送给上位机，上位机软件对网络模块数据进行收集、显示、处理和保存等工作，服务器端主要任务是接收CAN总线发送来的数据,并且将相应数据转换成电压值,显示转换值,将服务端的采集数据在客户端动态显示出来。其中, 远程传输采用B/S架构,它能实现不同的人员,从不同的地点,以不同的接入方式访问和操作。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于Can总线的桥梁采集系统，其特征在于：包含上位机、下位机、网络节点和传感器子模块；
所述的上位机由本地服务器端和远程客户端组成，对网络模块数据进行收集、显示、处理和保存工作；本地服务器端主要任务是接收CAN总线发送来的数据,并且将相应数据转换成电压值,显示转换值,将本地服务器端的采集数据在远程客户端动态显示,对试验数据进行远程监控；
所述的下位机作为独立的CAN控制器，主要完成3个部分功能：CAN协议引擎、用来为器件机器运行进行配置的逻辑控制和SRAM寄存器和SPI串口通信模块；其中包含CAN总线收发器，是一个物理层的器件，它是CAN总线控制器和物理总线之间的接口，提供对总线的差动发送能力和对CAN总线控制器的差动接收能力；
所述网络节点由CAN总线收发器与物理总线的接口电路、CAN通信控制器与微处理器组成；当网络节点接收所述下位机发送的询问指令后，将接收到的同步包的个数对X取余，若结果等于所述网络节点对应的发送值时，所述网络节点将该节点传感器采集数据发送至下位机；
所述的传感器子模块以单片机MSP430F169为核心，完成单路信号的滤波、放大、16位A/D采样，以及数字化的信号处理、数据优化打包和节点SPI通信。
2.根据权利要求1中一种基于Can总线的桥梁采集系统，其特征在于：所述所述X为自然数，大于控制网络中网络节点的个数，每个网络节点对应的发送值均不相同。
3.一种基于Can总线的监测通信方法，利用权利要求1-2中任意一项所述的一种基于Can总线的桥梁采集系统，其特征在于：下位机主节点每隔一段时间向总线内多个网络节点发送问询指令同步包，网络节点接收下位机主节点发送的问询同步包，当网络节点接收到的同步包的个数对X取余等于所述网络节点对应的发送值时，所述网络节点将该节点传感器采集数据发送至下位机。
4.根据权利要求3中所述的一种基于Can总线的监测通信方法，其特征在于：每一个网络节点分配有一个同步起始值，网络节点对应的发送值等于所述X减去所述网络节点的同步起始值。
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