CN203149376U - 一种基于现场总线16路开关量测控传输器 - Google Patents
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Abstract
一种基于现场总线16路开关量测控传输器，具体为8路输入开关量，8路输出开关量，属于计算机技术、电工电子技术和自动化领域。包括MCU控制器（1）、晶振及第二级硬件看门狗电路（2）、CAN总线电路（3）、或门一（4）、缓冲器（5）、或门二（6）、锁存器（7）、光电隔离器一（8）、光电隔离器二（9）、电源电路（10）。电源电路（10）给器件和电路供电，可以和上位机通讯。优点在于：简单高效、智能化、抗干扰强、实时性好、成本低的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于计算机技术、电工电子技术和自动化领域，具体涉及一种基于现场总线16路开关量测控传输器。
背景技术
现场总线控制系统技术是20 世纪80 年代中期在国外上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线（fieldbus）是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络，是现场通信网络与控制系统的集成。随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低，计算机与计算机网络系统正在迅猛发展和扩大。现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护，现场总线技术正越来越受到人们的重视。目前，国际上已经出现的现场总线有几百种，其中典型的有一定影响并占有一定市场份额的主要有基金会现场总线(FF) 、CAN、PROFIBUS、Lonworks、HART 等。
现场总线控制系统用于生产过程的自动控制，需要处理一类最基本的数字量输入输出信号，即开关量信号，这些信号包括开关的闭合与断开，指示灯的亮与灭，继电路或接触器的吸合与释放，马达的启动与停止，阀门的打开与关闭等，这些信号的共同特征是以二进制的逻辑“1”和“0”出现的。
发明内容
本实用新型专利的目的在于提供一种基于现场总线16路开关量测控传输器，具体为8路输入开关量，8路输出开关量，克服以往的测量和传输开关量信号干扰大而且实时性能不好的缺点，可以通过现场总线把开关量信息传送到上位机，上位机发出相应指令，完成开关量监控，主要应用于工业生产过程的自动控制，本实用新型由MCU控制器（1）、晶振及第二级硬件看门狗电路（2）、CAN总线电路（3）、或门一（4）、缓冲器（5）、或门二（6）、锁存器（7）、光电隔离器一（8）、光电隔离器二（9）、电源电路（10）组成。它们的连接关系是：晶振及第二级硬件看门狗电路（2）和MCU控制器（1）连接，CAN总线电路（3）和MCU控制器（1）连接，或门一（4）和MCU控制器（1）连接，缓冲器（5）和或门一（4）、MCU控制器（1）、光电隔离器一（8）连接，或门二（6）和MCU控制器（1）连接，锁存器（7）和或门二（4）、MCU控制器（1）、光电隔离器二（9）连接，电源电路（10）给MCU控制器（1）、晶振及第二级硬件看门狗电路（2）、CAN总线电路（3）、或门一（4）、缓冲器（5）、或门二（6）、锁存器（7）、光电隔离器一（8）、光电隔离器二（9）供电。所述CAN总线电路（3）选用CAN现场总线，CAN（Controller Area Network控制器局域网）总线最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的一种串行数据通信多主机局域网，CAN现场总线是一种普及率很高现场总线（fieldbus），直接通信距离最远可达10km，速率5Kbps以下，通信速率最高可达1MbPs，此时通信距离最长为40m，节点目前可达110个，通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤。
所述MCU控制器（1）选用PHILIPS公司采用先进的COMS工艺制造的高性能8位P80C592单片机，该单片机的指令集与80C51完全兼容，但在80C51标准特性的基础上又增加了一些对于应用具有重要作用的硬件功能，该器件具有下列特性：带有80C51中央处理单元（CPU）；带2×256KB的片内RAM，外部可扩展至64KB；具有两个标准的16位定时器／计数器；新增一个包括四个捕获和三个比较寄存器的16位定时器／计数器；具有8路模拟量输入的10位ADC变换器；带有两路分辨率为8位的脉冲宽度调制输出；具有两级优先权的15个中断源（可以有2～6个外部中断源）；具有五组8位I/O端口和一组与ADC模拟量输入共用的8位输入口；带有与内部RAM进行DMA数据传送的CAN控制器；内含具有总线故障管理功能的1Mbps CAN控制器； VDD/2基准电压；具有与标准80C51兼容的全双工UART模式；带有在片监视跟踪定时器（WDT）；时钟频率为1.2MHz～16MHz，P80C592本身自有CAN总线控制器，故不需要外加CAN总线控制器。
所述晶振及第二级硬件看门狗电路（2）包括第二级硬件看门狗芯片（2-1）、晶振（2-2）、电容C1、电容C2，第二级硬件看门狗芯片（2-1）选用X25045芯片，X25045芯片的SO引脚和MCU控制器（1）的P1.1引脚连接，X25045芯片的SI引脚和MCU控制器（1）的P1.0引脚连接，X25045芯片的SCK引脚和MCU控制器（1）的P1.3引脚连接，X25045芯片的 引脚和MCU控制器（1）的P1.2引脚连接，晶振（2-2）的一端和MCU控制器（1）的XTAL1引脚连接后再和电容C1连接，晶振（2-2）的另一端和MCU控制器（1）的XTAL2引脚连接后再和电容C2连接。
所述CAN总线电路（3）包括光电耦合器一（3-1）、光电耦合器二（3-2）、CAN总线收发器（3-3）、防雷击管一（3-4）、防雷击管二（3-5）、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C3、电容C4、CAN 总线节点（3-6）。光电耦合器选用高速光耦隔离6N137芯片，在此用2片6N137芯片，MCU控制器（1）的TXDC引脚通过电阻R1和一片6N137光电耦合器一（3-1）芯片IN引脚连接，MCU控制器（1）的RXDC引脚和另一片6N137光电耦合器二（3-2）芯片OUT引脚连接，CAN总线收发器（3-3）选用TJA1050芯片，一片6N137光电耦合器一（3-1）芯片OUT引脚连接TJA1050芯片TXD引脚，另一片6N137光电耦合器二（3-2）芯片IN引脚通过电阻R2连接TJA1050芯片RXD引脚，TJA1050芯片的CANH引脚通过电阻R3、电容C3、防雷击管一（3-4）与CAN 总线节点（3-6）相连，TJA1050芯片的CANL引脚通过电阻R4、电容C4、防雷击管二（3-5）与CAN总线节点（3-6）相连。
所述缓冲器（5）采用74LS244芯片，MCU控制器（1）的P2.7引脚和MCU控制器（1）的RD引脚经过或门一（4）后和缓冲器（5）的1G引脚、2G引脚连接，缓冲器（5）的输入端口和光电隔离器一（8）连接，缓冲器（5）的输出端口和MCU控制器（1）的数据端口连接。
所述锁存器（7）采用74LS273芯片，MCU控制器（1）的P2.6引脚和MCU控制器（1）的WR引脚经过或门二（6）后和锁存器（7）的CLR引脚、CLK引脚连接，锁存器（7）的输入端口和MCU控制器（1）的数据端口连接，锁存器（7）的输出端口和光电隔离器二（9）连接。
本实用新型工作原理：开关量通过光电隔离器一（8）、缓冲器（5），把采集的信息传送到MCU控制器（1）的数据端口，MCU控制器（1）经过CAN总线电路（3）把采集的信息传输上位机；上位机通过CAN总线电路（3）把开关量控制信息传输MCU控制器（1），MCU控制器（1）通过锁存器（7）、光电隔离器而（9）把开关量控制信息传输到现场。
本实用新型具有电路简单高效、信息传送智能化、抗干扰能力强、实时性能好、工程量小、电缆线少、便于应用、成本低的特点。
附图说明
图1为本实用新型系统的结构示意图。
图2为本实用新型晶振及第二级硬件看门狗电路和MCU控制器连接的示意图。
图3为本实用新型CAN总线电路和MCU控制器连接的示意图。
图4为本实用新型缓冲器及锁存器和MCU控制器连接的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步详细说明。
图1为本实用新型的结构示意图，由MCU控制器（1）、晶振及第二级硬件看门狗电路（2）、CAN总线电路（3）、或门一（4）、缓冲器（5）、或门二（6）、锁存器（7）、光电隔离器一（8）、光电隔离器二（9）、电源电路（10）组成；图2为本实用新型晶振及第二级硬件看门狗电路（2）和MCU控制器（1）连接的示意图，MCU控制器（1）选用PHILIPS公司采用先进的COMS工艺制造的高性能8位P80C592单片机，MCU控制器（1）本身有看门狗，为了加大抗干扰设计了第二级硬件看门狗电路（2），X25045芯片的SO引脚和MCU控制器（1）的P1.1引脚连接，X25045芯片的SI引脚和MCU控制器（1）的P1.0引脚连接，X25045芯片的SCK引脚和MCU控制器（1）的P1.3引脚连接，X25045芯片的
引脚和MCU控制器（1）的P1.2引脚连接，晶振（2-2）的一端和MCU控制器（1）的XTAL1引脚连接后再和电容C1连接，晶振（2-2）的另一端和MCU控制器（1）的XTAL2引脚连接后再和电容C2连接；图3为本实用新型CAN总线电路（3）和MCU控制器（1）连接的示意图；图4为本实用新型缓冲器（5）及锁存器（7）和MCU控制器（1）连接的示意图，采集的开关量信息传送到MCU控制器（1）的数据端口； MCU控制器（1）的开关量控制信息，通过锁存器（7）、光电隔离器二（9）传输到现场。
要完成16路开关量测控的传输还需要相应的软件，软件有MCU控制器（1）初始化程序、CAN节点的初始化程序、报文发送程序和报文接收程序。
Claims (4)
1.一种基于现场总线16路开关量测控传输器，其特征在于，晶振及第二级硬件看门狗电路（2）和MCU控制器（1）连接，CAN总线电路（3）和MCU控制器（1）连接，或门一（4）和MCU控制器（1）连接，缓冲器（5）和或门一（4）、MCU控制器（1）、光电隔离器一（8）连接，或门二（6）和MCU控制器（1）连接，锁存器（7）和或门二（4）、MCU控制器（1）、光电隔离器二（9）连接，电源电路（10）给MCU控制器（1）、晶振及第二级硬件看门狗电路（2）、CAN总线电路（3）、或门一（4）、缓冲器（5）、或门二（6）、锁存器（7）、光电隔离器一（8）、光电隔离器二（9）供电。
2.如权利要求1所述的一种基于现场总线16路开关量测控传输器，其特征在于，所述的晶振及第二级硬件看门狗电路（2）包括第二级硬件看门狗芯片（2-1）、晶振（2-2）、电容C1、电容C2，第二级硬件看门狗芯片（2-1）选用X25045芯片，X25045芯片的SO引脚和MCU控制器（1）的P1.1引脚连接，X25045芯片的SI引脚和MCU控制器（1）的P1.0引脚连接，X25045芯片的SCK引脚和MCU控制器（1）的P1.3引脚连接，X25045芯片的 引脚和MCU控制器（1）的P1.2引脚连接，晶振（2-2）的一端和MCU控制器（1）的XTAL1引脚连接后再和电容C1连接，晶振（2-2）的另一端和MCU控制器（1）的XTAL2引脚连接后再和电容C2连接。
3. 如权利要求1所述的一种基于现场总线16路开关量测控传输器，其特征在于，所述的缓冲器（5）采用74LS244芯片，MCU控制器（1）的P2.7引脚和MCU控制器（1）的RD引脚经过或门一（4）后和缓冲器（5）的1G引脚、2G引脚连接，缓冲器（5）的输入端口和光电隔离器一（8）连接，缓冲器（5）的输出端口和MCU控制器（1）的数据端口连接。
4..如权利要求1所述的一种基于现场总线16路开关量测控传输器，其特征在于，所述的锁存器（7）采用74LS273芯片，MCU控制器（1）的P2.6引脚和MCU控制器（1）的WR引脚经过或门二（6）后和锁存器（7）的CLR引脚、CLK引脚连接，锁存器（7）的输入端口和MCU控制器（1）的数据端口连接，锁存器（7）的输出端口和光电隔离器二（9）连接。
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