CN201876724U - 带传感器状态监视的can总线防爆节点 - Google Patents

带传感器状态监视的can总线防爆节点 Download PDF

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张拥民
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Shanghai SK Petroleum Equipment Co Ltd
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Abstract

一种带传感器状态监视的CAN总线防爆脉冲信号节点，包含安全隔离栅、与安全隔离栅的输出端电路连接的微控制器、与微控制器的输出端电路连接的CAN通信控制器、与CAN通信控制器的输出端电路连接的CAN收发器，以及与微控制器的输入端电路连接的温度传感器；安全隔离栅的输入端电路连接外接的传感器；CAN收发器的输出端连接外接的CAN总线。本实用新型设有温度传感器，用于采集节点内部温度，可将温度信号通过CAN总线上传给位于控制室的上位计算机，让用户随时在控制室内检测了解各个现场节点的工作环境温度；微控制器除了接收脉冲传感器的脉冲信号，还在中断发生时采集该传感器的峰值电流，通过CAN总线上传至控制室，使操作人员实时了解传感器的工作状态。

Description

带传感器状态监视的CAN总线防爆节点
技术领域
本实用新型涉及一种应用在CAN总线系统里的节点装置，具体涉及一种带传感器状态监视的CAN总线防爆节点。
背景技术
目前，在CAN总线系统里的传感器必须通过一个叫做节点的装置把传感器信号转换成CAN协议规定的信号，然后才能使得传感器信号在CAN总线里传输。现有技术的防爆节点，尤其是处理脉冲信号的节点，其缺点在于，只有逻辑处理功能，只能判断信号的高低电平，不采样信号的峰值电流，这样就给判断传感器的故障造成了困难，只有采样了传感器的峰值电流值，才可能在上位计算机根据不同的传感器峰值电流判断当时传感器的工作状态是否正常。同时也无法对防爆节点本身的工作状态进行检测，不能在远端对防爆节点进行实时监控。
实用新型内容
本实用新型提供了一种带传感器状态监视的CAN总线防爆节点，可检测节点的内部温度和脉冲信号峰值电流，随时了解传感器的使用状态，及时发现故障传感器。
为实现上述目的，本实用新型提供一种带传感器状态监视的CAN总线防爆节点，其特征是，该节点包含安全隔离栅、与该安全隔离栅的输出端电路连接的微控制器、与该微控制器的输出端电路连接的CAN通信控制器、与该CAN通信控制器的输出端电路连接的CAN收发器，以及与该微控制器的输入端电路连接的温度传感器；
上述的安全隔离栅的输入端电路连接外接的传感器；
上述的CAN收发器的输出端连接外接的CAN总线。
上述的温度传感器设置在该带传感器状态监视的CAN总线防爆节点的内部。
上述的CAN总线上连接有设置在远端的上层计算机。
上述的CAN通信控制器与CAN收发器之间还设有若干高速光电耦合器。
节点的各个功能模块初始化，微控制器通过安全隔离栅接收传感器的信号，微控制器将传感器的信号转换为CAN协议规定的信号，将该信号发送至CAN通信控制器，其将数据传输至CAN收发器，再由CAN收发器将传感器的信息发送至CAN总线，上层计算机通过CAN总线接收传感器的信息。使操作者可在远离传感器的控制室实时监控传感器的工作状态。
温度传感器实时探测节点内的温度，将信息传输至微控制器，微控制器将该温度信息转化为CAN协议规定的信号发送给CAN通信控制器，CAN通信控制器将信号传输至CAN收发器，CAN收发器将温度信息发送上CAN总线，通过CAN总线，上层计算机接收节点的内部温度，使操作者可在控制室内实时监控节点的内部温度。
微控制器在中断时接收传感器的峰值电流，依照上述的传输流程，将传感器的峰值电流通过CAN总线发送至上层计算机，使操作者可在控制室内实时监控传感器的工作状态。
本实用新型带传感器状态监视的CAN总线防爆节点和现有技术的CAN总线节点相比，其优点在于，本实用新型设有温度传感器，用于采集节点的内部温度，可将该温度信号通过CAN总线上传给位于控制室的上位计算机，让用户可随时在控制室内检测了解各个现场节点的工作环境温度；
本实用新型的节点的微控制器可接收采集外接传感器的峰值电流，将该峰值电流信号通过CAN总线上传至控制室，让用户可随时通过传感器的峰值电流了解传感器的使用状态，及时发现故障传感器。
附图说明
图1为本实用新型带传感器状态监视的CAN总线防爆节点的电路模块图；
图2为本实用新型带传感器状态监视的CAN总线防爆节点的电路原理图。
具体实施方式
以下结婚附图，说明本实用新型的具体实施方式。
如图1所示，本实用新型说明了一种带传感器状态监视的CAN总线防爆节点，该节点包含安全隔离栅1、与该安全隔离栅1的输出端电路连接的微控制器2、与该微控制器2的输出端电路连接的CAN通信控制器3、与该CAN通信控制器3的输出端电路连接的CAN收发器4。其中安全隔离栅1的输入端电路连接外接的传感器6，而CAN收发器4的输出端连接外接的CAN总线。本实用新型带传感器状态监视的CAN总线防爆节点接收传感器6的信号，将传感器6的信号转换为CAN协议规定的信号，使得传感器6的信号可以在CAN总线里传输，再把传感器6的信号输入CAN总线。CAN总线中连接有设置在远端控制室内的上位计算机，传感器6的信号可通过CAN总线传输至上位计算机，使操作者可在远端的控制室内对传感器6进行实时监控。
本实用新型带传感器状态监视的CAN总线防爆节点和现有技术的节点装置相比的特征点在于，本实用新型的节点还包含与微控制器2的输入端电路连接的温度传感器5。该温度传感器5设置在节点内，采集节点的内部温度，并传输至微控制器2，通过CAN总线将节点的温度信息传输至上位计算机，使操作者可在远端的控制室内对节点进行实时监控。
本实用新型带传感器状态监视的CAN总线防爆节点的电路原理图如图2所示。本实用新型中采用芯片89C51 作为节点的微控制器2，该微控制器2中设有定时器，定时触发中断，CAN通信控制器3采用PHILIPS公司的SJA1000芯片，CAN收发器4采用PHILIPS公司的82C250 芯片，温度传感器5的型号为TEMP121。由图2可以看出带传感器状态监视的CAN总线防爆节点的电路主要由五部分所构成，芯片型号为89C51的微控制器2，芯片型号为SJA1000的独立CAN通信控制器3 ，芯片型号为82C250的CAN收发器4，型号为TEMP121的数字式温度传感器5和高速光电耦合器6N137。两个高速光电耦合器6N137电路连接在CAN通信控制器3和CAN收发器4之间。
微控制器2负责CAN通信控制器3的初始化，通过控制CAN通信控制器3实现数据的接收和发送等通信任务，CAN通信控制器3的AD0-AD7管脚连接到CAN收发器4的P0 口，/CS连接到CAN收发器4的P2.0， P2.0为0，上位计算机的片外存贮器地址可选中CAN通信控制器3。上位计算机通过这些地址可对CAN通信控制器3执行相应的读写操作，CAN通信控制器3的/RD、/WR、ALE分别与CAN收发器4的对应引脚相连，/INT接CAN收发器4的/INT0，CAN收发器4也可通过中断方式访问CAN通信控制器3。
为了增强本实用新型带传感器状态监视的CAN总线防爆节点的抗干扰能力，CAN通信控制器3的TX0和RXO并不是直接与CAN收发器4的TXD和RXD相连而是通过高速光电耦合器6N137后与CAN收发器4相连，这样就很好的实现了总线上各CAN 节点间的电气隔离。其中，光耦部分电路所采用的两个电源VCC 和VDD必须完全隔离否则采用光耦也就失去了意义，电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块或带多5V 隔离输出的开关电源模块实现，这些部分虽然增加了节点的复杂但是却提高了节点的稳定性和安全性。CAN收发器4与CAN总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施，CAN收发器4的CANH 和CANL引脚各自通过一个5欧姆的电阻与CAN总线相连，该电阻可起到一定的限流作用，保护CAN收发器4免受过流的冲击，CANH和CANL与地之间并联了两个30P的小电容可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力，另外在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管，当CAN 总线有较高的负电压时，通过二极管的短路可起到一定的过压保护作用。CAN收发器4的Rs脚上接有一个斜率电阻，大小可根据总线通讯速度适当调整一般在16K ~140K之间，本实用新型中其阻值采用47K。温度传感器5的SPI接口联接微控制器2的P11、P12 I/O线，芯片使能脚连接微控制器2的/INT1，用中断来测温。
本实用新型带传感器状态监视的CAN总线防爆节点的运作流程如下：
带传感器状态监视的CAN总线防爆节点的各个功能模块初始化，微控制器2通过安全隔离栅1接收传感器6的信号，微控制器2将传感器6的信号转换为CAN协议规定的信号，使其可以在CAN总线中传输，并将该信号发送至CAN通信控制器3。CAN通信控制器3准备进行数据发送，其通过高速光电耦合器6N137将数据传输至CAN收发器4，再由CAN收发器4将传感器6的信息发送至CAN总线，上层计算机通过CAN总线接收传感器6的信息。节点装置实时接收传感器6的信息，处理后传输至上层计算机，使操作者可在远离传感器6的控制室实时监控传感器6的工作状态。
由微控制器2内部的定时器触发中断，温度传感器5设置在带传感器状态监视的CAN总线防爆节点内，在中断发生时，温度传感器5探测节点内的温度，将节点的内部温度信息传输至微控制器2，微控制器2将该温度信息转化为CAN协议规定的信号发送给CAN通信控制器3，CAN通信控制器3经过两个高速光电耦合器将信号传输至CAN收发器4，CAN收发器4将温度信息发送上CAN总线，通过CAN总线，在控制室内的上层计算机接收节点的内部温度，使操作者可在控制室内实时监控节点的内部温度。
同时，微控制器2在中断时，接收传感器6的峰值电流，依照上述的传输流程，将传感器6的峰值电流通过CAN总线发送至在控制室内的上层计算机，使操作者可在控制室内实时监控传感器6的工作状态。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种带传感器状态监视的CAN总线防爆节点，其特征在于，该节点包含安全隔离栅（1）、与所述安全隔离栅（1）的输出端电路连接的微控制器（2）、与所述微控制器（2）的输出端电路连接的CAN通信控制器（3）、与所述CAN通信控制器（3）的输出端电路连接的CAN收发器（4），以及与所述微控制器（2）的输入端电路连接的温度传感器（5）；
所述的安全隔离栅（1）的输入端电路连接外接的传感器（6）；
所述的CAN收发器（4）的输出端连接外接的CAN总线。
2.如权利要求1所述的带传感器状态监视的CAN总线防爆节点，其特征在于，所述的温度传感器（5）设置在该带传感器状态监视的CAN总线防爆节点的内部。
3.如权利要求1所述的带传感器状态监视的CAN总线防爆节点，其特征在于，所述的CAN总线上连接有设置在远端的上层计算机。
4.如权利要求1所述的带传感器状态监视的CAN总线防爆节点，其特征在于，所述的CAN通信控制器（3）与CAN收发器（4）之间还设有若干高速光电耦合器。
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