CN209279264U - 基于can总线方式的gprs换热站控制系统 - Google Patents

Abstract

基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统，包括ARM主控模块，所述ARM主控模块双向数据连接有CAN驱动器、人机交互模块、存储模块和GPRS DTU，GPRS DTU为GPRS数据传输模块，ARM主控模块将输入的信号进行数据处理并经过所述CAN驱动器的二进制和差分信号的转换传递至GPRS DTU从而无线远程传输到云服务器，所述人机交互模块用于显示所述ARM主控模块中的数据信息并对ARM主控模块下达控制指令，所述的存储模块用于储存ARM主控模块中分析处理完成的数据信息并根据需要进行调用，所述ARM主控模块和人机交互模块、GPRS DTU的数据连接方式均为485总线。此外，CAN总线相比485总线协议来说，CAN总线更稳定可靠，且开发周期短，网络各节点之间的数据通信实时性强。

Description

基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统

技术领域

本实用新型涉及换热站控制器技术领域，尤其是基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统。

背景技术

换热站是将由工厂中生产的高温热水转换成能够直接给用户供热的热水，现在换热站的主要换热方式有汽水直混式、水水直混式等，换热站是热力集中、交换的地方，按供热形式可以分为直供站和间供站，前者是电厂直接供给用户，温度高、控制难、耗能高。

区域供热是目前中国北方城市最普遍的集中供热方式，区域供热具有供热面积大，系统时滞时间长，非线性系统等特点，但目前的换热站控制器主要采用的是PLC作为核心控制部分，PLC成本较高，而且PLC中较难实现一些优良的控制算法，欠缺使用灵活性,且有些换热站的设备之间通讯采用485总线协议，但485总线协议稳定性低，数据传输差，会存在一些弊端。

所以，为了避免上述出现的问题，就需设计一种采用CAN总线的成本降低的利用多个输入、输出模块来实现现场需求的换热站控制器。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种降低成本利用CAN通信协议的区域供热智能换热站控制器。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统，包括：

ARM主控模块，所述ARM主控模块用于对输入的信号进行分析数据处理；

CAN驱动器，所述CAN驱动器用于将二进制码流转换为差分信号输出，将差分信号转换成二进制码流输入；

GPRS DTU，所述GPRS DTU用于将输入的数据信息无线传输至云服务器和将云服务器下达的指令无线传递至所述ARM主控模块；

信号传输模块，所述信号传输模块用于将采集的数据信号传输至所述ARM主控模块中；

开关量传输模块，所述开关量传输模块用于将ARM主控模块的控制指令传输至外部设备以控制其启停；

人机交互模块，所述人机交互模块用于显示所述ARM主控模块中的数据信息并对ARM主控模块下达控制指令；

所述ARM主控模块和所述人机交互模块之间为485总线连接，所述GPRSDTU与所述ARM主控模块为485总线连接，且和云服务器之间为无线数据传输，所述ARM主控模块还连接有所述信号传输模块和开关量传输模块，数据连接方式均为CAN总线，ARM主控模块将信号传输模块输入的信号进行数据处理并经过所述CAN驱动器的二进制和差分信号的转换传递至GPRS DTU从而无线传输到云服务器，经过所述ARM主控模块分析处理完成的数据由所述人机交互模块显示，所述人机交互模块并根据需要对ARM主控模块发送控制指令，ARM主控模块再将控制指令发送到开关量传输模块以控制外部设备的启停。

优选的，所述的基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统，还包括存储模块和报警模块，所述存储模块和所述ARM主控模块双向连接，用于储存ARM主控模块中分析处理完成的数据信息并根据需要进行调用，所述报警模块连接所述ARM主控模块，用于当外部设备处于危险时发出警报以提示工作人员进行检修。

优选的，所述的信号传输模块包括8路电流输入模块、4路电流输入模块，所述8路电流输入模块连接有循环泵、补水泵等设备的进线口，所述4路电流输入模块连接有传感器。

优选的，所述的传感器包括温度传感器、压力传感器和流量传感器，所述温度传感器、压力传感器和流量传感器均设在一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管上，所述温度传感器用于测量一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管的温度，所述压力传感器用于测量一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管的压力，所述流量传感器用于测量一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管的流量。

优选的，所述的信号传输模块还包括8路电流输出模块、4路电流输出模块，所述8路电流输出模块连接有循环泵、补水泵等设备的出线口，所述4路电流输出模块为备用模块，根据现场的需求来接相应的设备。

优选的，所述的开关量传输模块包括4路开关量输入模块和4路开关量输出模块，所述4路开关量输入模块和4路开关量输出模块均连接有循环泵、补水泵等设备的电机和调节阀。

优选的，所述的8路电流输入模块、4路电流输入模块、8路电流输出模块、4路电流输出模块、4路开关量输入模块和4路开关量输出模块与所述ARM主控模块之间的连接方式均为CAN总线。

优选的，所述的8路电流输入模块、4路电流输入模块、8路电流输出模块和4路电流输出模块的电流范围均为4-20mA。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型采用CAN总线作为串行通讯协议，CAN总线相比485总线协议来说，CAN总线更稳定可靠，且开发周期短，网络各节点之间的数据通信实时性强。

2、本实用新型设置有报警模块，当外部设备处于危险状况下时，报警模块可以发出警报以提示工作人员进行检修，大大提高了其安全性能。

3、本实用新型采用ARM主控模块，采用ARM芯片比采用PLC成本要低得多，且设有多个8路电流输入模块、4路电流输入模块、8路电流输出模块和4路电流输出模块，可以根据现场用户的需求来挑选合适数量的电流输入模块和电流输出模块进行连接设备，避免过多的资源浪费。

附图说明

图1是本实用新型的电路示意简图；

图2是本实用新型的电路示意图；

图3是本实用新型的电流输入模块的电路示意图；

图4是本实用新型的电流输出模块的电路示意图；

图5是本实用新型的4路开关量输入模块的电路示意图；

图6是本实用新型的4路开关量输出模块的电路示意图；

图7是本实用新型的电压转电流电路的电路示意图；

图8是本实用新型的电流转电压电路的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

如图1和图2所示，本实用新型所述的基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统，包括ARM主控模块，所述ARM主控模块用于对输入的信号进行分析数据处理，所述ARM主控模块双向数据连接有CAN驱动器、人机交互模块、存储模块和GPRS DTU，GPRS DTU为GPRS数据传输模块，ARM主控模块将输入的信号进行数据处理并经过所述CAN驱动器的二进制和差分信号的转换传递至GPRS DTU从而无线远程传输到云服务器，所述CAN驱动器用于将二进制码流转换为差分信号输出，将差分信号转换成二进制码流输入，所述的GPRS DTU用于将输入的数据信息传输至云服务器和将云服务器下达的指令传递至所述ARM主控模块，所述人机交互模块用于显示所述ARM主控模块中的数据信息并对ARM主控模块下达控制指令，所述的存储模块用于储存ARM主控模块中分析处理完成的数据信息并根据需要进行调用，所述ARM主控模块和人机交互模块、GPRS DTU的数据连接方式均为485总线，ARM主控模块将输入的信号进行数据处理并通过GPRS DTU传递至云服务器，经过所述ARM主控模块分析处理完成的数据由所述人机交互模块显示，所述的人机交互模块并根据需要对ARM主控模块发送控制指令。

此外，ARM主控模块所用的芯片型号为STM32系列单片机或飞思卡尔的单片机均可,例如STM32F103ZET256，只需实现数据对比功能和分析能力即可。所述的CAN驱动器的输入端连接有8路电流输入模块、4路电流输入模块、8路电流输出模块、4路电流输出模块、4路开关量输入模块和4路开关量输出模块，所述8路电流输入模块连接有循环泵、补水泵等设备的进线口，所述4路电流输入模块连接有传感器，所述8路电流输出模块连接有循环泵、补水泵等设备的出线口，所述4路电流输出模块为备用模块，根据现场的需求来接相应的设备。所述的8路电流输入模块、4路电流输入模块、8路电流输出模块、4路电流输出模块、4路开关量输入模块和4路开关量输出模块与所述ARM主控模块之间的连接方式均为CAN总线，在ARM主控模块的芯片接口处外接TTL-CAN的芯片，用于将芯片输出的TTL电平转换成CAN总线电平，TTL-CAN芯片使用现有技术的转换芯片即可。并且所述的8路电流输入模块、4路电流输入模块、8路电流输出模块和4路电流输出模块的电流范围均为4-20mA。

ARM主控模块还连接有报警模块，所述报警模块还与所述人机交互模块相连，所述报警模块的型号为G150，G150报警模块为3路继电器通道输出，可以最多指定5部手机接收相应的通道报警信息，当外部设备处于危险情况时，G150报警模块可以对用户发出报警信息，以提醒用户或工作人员进行检修，当外部设备脱离危险时，用户可以在人机交互模块上的触摸显示屏上控制报警模块解除警报，这样，大大提高了整个系统的安全性能。

所述CAN驱动器也称为CAN收发器，CAN收发器是CAN总线的物理层，用于将二进制码流转换成差分信号发送，将差分信号转换为二进制码流接收，与所述CAN驱动器相连的还有CAN控制器，CAN控制器是集成于所述ARM主控模块中的，所以无需另设CAN控制器。

如图3所示为8路电流输入模块和4路电流输入模块的示意图，如图中所示，每一路的电流输入都是相同的，以其中的一路电流输入为例，CAN总线下连接有第一CAN驱动器，所述第一CAN驱动器双向连接有第一主控模块，所述第一主控模块的芯片为STM32系列的单片机，连接第一主控模块的有电流转电压电路，所述电流转电压电路用于将输入的4-20mA的电流值转换成0-3.3V的电压值，所述电流转电压电路的输入端连接的传感器包括温度传感器、压力传感器和流量传感器，所述温度传感器、压力传感器和流量传感器均设在一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管上，所述温度传感器用于测量一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管的温度，所述压力传感器用于测量一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管的压力，所述流量传感器用于测量一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管的流量。

如图4所示为8路电流输出模块和4路电流输出模块，与图3的电流输入模块结构相同，只是将电流转电压电路替换成电压转电流电路，用于将输入的0-3.3V的电压值转换成4-20mA的电流值。

如图5和图6所示，分别为4路开关量输入模块和4路开关量输出模块，其中均有光电耦合器，起光电转换作用，所述4路开关量输入模块和4路开关量输出模块均连接有循环泵、补水泵等设备的电机和调节阀，用于控制电机和调节阀的启停。

如图7和图8所示，分别为电压转电流电路和电流转电压电路，LM324为运算放大器，利用负反馈的形式来实现电压和电流之间的转换。

具体实施时，一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管上均设置有温度传感器、压力传感器和流量传感器，温度传感器、压力传感器和流量传感器分别检测一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管的温度数值、压力数值和管内流量数值并通过4路电流输入模块传递至ARM主控模块中，经过ARM主控模块的内设程序分析输入的信号后储存在存储模块中并传递至GPRS DTU进而传输至云服务器，云服务器再通过云端网络将数据信息无线传输至用户的移动终端中，即手机、PC端等联网移动设备，用户可以在人机交互模块的触摸屏上给ARM主控模块下控制指令，也可以在移动终端通过云服务器无线远程给ARM主控模块下达控制指令，ARM主控模块再通过4路开关量输入模块和4路开关量输出模块控制循环泵、补水泵等设备的电机和调节阀的开通和关断。当外部设备，如循环泵、补水泵等处于危险的状态时，ARM主控模块会对报警模块发出指令，命令报警模块发出警报，提醒工作人员进行检修，当外部设备脱离危险时，可以在人机交互模块上的触摸显示屏上直接控制报警模块解除警报。

本实用新型设置有GPRS DTU而具有数据远传功能，可以将换热站的传感器采集的数据远传至云服务器，云服务器再经过大数据分析后对换热站的补水泵、调节阀、循环泵等设备进行控制，也可根据现场的人机交互模块的触摸屏进行设备控制。此外，采用CAN总线作为串行通讯协议，CAN总线相比485总线协议来说，CAN总线更稳定可靠，且开发周期短，网络各节点之间的数据通信实时性强。采用ARM芯片比采用PLC成本要低得多，且设有多个8路电流输入模块、4路电流输入模块、8路电流输出模块和4路电流输出模块，可以根据现场用户的需求来挑选合适数量的电流输入模块和电流输出模块进行连接设备，避免过多的资源浪费。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统，其特征在于，包括：

ARM主控模块，所述ARM主控模块用于对输入的信号进行分析数据处理；

CAN驱动器，所述CAN驱动器用于将二进制码流转换为差分信号输出，将差分信号转换成二进制码流输入；

GPRS DTU，所述GPRS DTU用于将输入的数据信息无线传输至云服务器和将云服务器下达的指令无线传递至所述ARM主控模块；

信号传输模块，所述信号传输模块用于将采集的数据信号传输至所述ARM主控模块中；

开关量传输模块，所述开关量传输模块用于将ARM主控模块的控制指令传输至外部设备以控制其启停；

人机交互模块，所述人机交互模块用于显示所述ARM主控模块中的数据信息并对ARM主控模块下达控制指令；

所述ARM主控模块和所述人机交互模块之间为485总线连接，所述GPRS DTU与所述ARM主控模块为485总线连接，且和云服务器之间为无线数据传输，所述ARM主控模块还连接有所述信号传输模块和开关量传输模块，数据连接方式均为CAN总线，ARM主控模块将信号传输模块输入的信号进行数据处理并经过所述CAN驱动器的二进制和差分信号的转换传递至GPRS DTU从而无线传输到云服务器，经过所述ARM主控模块分析处理完成的数据由所述人机交互模块显示，所述人机交互模块并根据需要对ARM主控模块发送控制指令，ARM主控模块再将控制指令发送到开关量传输模块以控制外部设备的启停。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统，其特征在于，还包括存储模块和报警模块，所述存储模块和所述ARM主控模块双向连接，用于储存ARM主控模块中分析处理完成的数据信息并根据需要进行调用，所述报警模块连接所述ARM主控模块，用于当外部设备处于危险时发出警报以提示工作人员进行检修。

3.根据权利要求1所述的基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统，其特征在于：所述的信号传输模块包括8路电流输入模块、4路电流输入模块，所述8路电流输入模块连接有循环泵、补水泵等设备的进线口，所述4路电流输入模块连接有传感器。

4.根据权利要求3所述的基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统，其特征在于：所述的传感器包括温度传感器、压力传感器和流量传感器，所述温度传感器、压力传感器和流量传感器均设在一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管上，所述温度传感器用于测量一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管的温度，所述压力传感器用于测量一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管的压力，所述流量传感器用于测量一次侧供水总管、一次侧回水总管、二次侧供水总管和二次侧回水总管的流量。

5.根据权利要求3所述的基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统，其特征在于：所述的信号传输模块还包括8路电流输出模块、4路电流输出模块，所述8路电流输出模块连接有循环泵、补水泵等设备的出线口，所述4路电流输出模块为备用模块，根据现场的需求来接相应的设备。

6.根据权利要求5所述的基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统，其特征在于：所述的开关量传输模块包括4路开关量输入模块和4路开关量输出模块，所述4路开关量输入模块和4路开关量输出模块均连接有循环泵、补水泵等设备的电机和调节阀。

7.根据权利要求6所述的基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统，其特征在于：所述的8路电流输入模块、4路电流输入模块、8路电流输出模块、4路电流输出模块、4路开关量输入模块和4路开关量输出模块与所述ARM主控模块之间的连接方式均为CAN总线。

8.根据权利要求5所述的基于CAN总线方式的GPRS换热站控制系统，其特征在于：所述的8路电流输入模块、4路电流输入模块、8路电流输出模块和4路电流输出模块的电流范围均为4-20mA。