CN215526378U - 基于冗余can总线的多通道模拟量采集模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块，主要解决分布式系统中模拟量采集及冗余CAN通讯传输的问题。本实用新型提供的技术方案包括ARM处理模块、4选1通道选择模块、AD采集模块、隔离模块、双路冗余通讯模块、防反插电路、前端隔离电源模块、后端隔离电源模块以及外围的电源端口、模拟量输入端口、通讯端口。本实用新型的有益效果是，体积小，成本低，结构简单，可实现4路4～20mA电流或0～10V电压信号的采集，并可通过冗余CAN通讯总线实现信号传输，安装使用方便。

Description

基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块

技术领域

本实用新型涉及电子技术和通讯领域，具体为一种基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块。

背景技术

相比传统的集中式燃气轮机控制系统，分布式燃气轮机控制系统有三个显著优点：第一，减轻了中央控制器的负担和电缆的重量；第二，比集中式系统更易进行系统重构；第三，将原来在数据总线中传输的模拟信号转化为数字信号，提升了传输信号的保密性和抗干扰能力，大大提高了控制系统的安全可靠性。因此，以分布式架构代替传统集中式架构成为燃气轮机控制系统发展的必然趋势。

CAN总线具有实时性强、传输距离远、抗干扰能力强以及生产成本低等优点，广泛应用于汽车电控制系统、电梯控制系统、安全监测系统、医疗仪器、纺织机械、船舶控制等领域。

采用CAN总线作为燃气轮机分布式控制系统的数据总线，既保证了模块的实时性和抗干扰能力，同时也提高了模块的兼容性；此外，采用冗余CAN总线架构，大大降低了通信的误码率，提高了分布式控制系统的可靠性。

发明内容

本实用新型提供了一种基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块，通过标准CANOPEN协议从CAN总线获取来自中央处理模块的控制数据，并传递给ARM核心芯片，同时还可对CAN通道的正常与否进行实时监测；ARM芯片根据获得的控制信息，选择输入信号类型、通道号，并对被采集的模拟量信号进行处理。

本实用新型的主要技术方案是：一种基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块。包括ARM处理模块、4选1通道选择模块、AD采集模块、隔离模块、双路冗余通讯模块、防反插电路、前端隔离电源模块、后端隔离电源模块以及外围的电源端口、模拟量输入端口、通讯端口。本实用新型专利体积小，重量轻，成本低，安装方便，适用于多种模拟量采集场合。

所述的ARM处理模块连接隔离模块后端和双路冗余通讯模块，并由后端隔离电源模块为上述模块提供供电电源。ARM处理模块用来接收双路冗余通讯模块的通信数据，并对其进行解码，从而实现对模拟量采集方式的控制；同时，对AD采集结果进行处理、编码，再经过双路冗余通讯模块发送给外部模块。

所述的4选1通道选择模块用来将4～20mA电流信号或0～10V电压信号统一转换为0～10V电压信号；然后，选择4路模拟量输入中的1路，作为被测信号传递给AD采集模块。

所述的AD采集模块对被选中通道的电压信号进行AD采集，并将采集结果通过隔离模块发送给ARM处理模块。

所述的隔离模块包括隔离模块前端、隔离模块后端以及它们之间的隔离屏障；隔离模块前端和隔离模块后端分别使用前端隔离电源模块和后端隔离电源模块独立供电，供电电源均为+5V。隔离模块的作用是实现前端采集和后端处理的物理隔离，防止前端串入的杂波信号对后端的串扰。

所述的双路冗余通讯模块包含CAN通讯通道0和CAN通讯通道1两部分。该部分的主要作用是将ARM处理模块发出的数据通过编码、隔离、解码以及CAN转换器转换后，发送给外部模块；同时，将从外部模块接收的数据通过CAN转换器转换、编码、隔离、解码，发送给ARM处理模块，进而实现ARM处理模块与外部模块的数据交换。

所述的防反插电路用于将外部输入的+24VDC供电电源进行极性调整，保证供给前端隔离电源模块和后端隔离电源模块的供电电压极性正确，解决了供电电源极性接反造成的模块损坏和工作异常等难题。此外，供电电源的标准值为+24V直流电源，最低可达到于+18VDC，最高可达到+36VDC。

所述的前端隔离电源模块用于将经过调整的+24VDC供电电压通过DCDC转换为±15V_前端供电电压和﹢5V_前端供电电压。其中，±15V_前端用于给4选1通道选择模块和AD 采集模块供电；﹢5V_前端用于给隔离模块前端供电。

所述的后端隔离电源模块用于将经过调整的+24VDC供电电压通过DCDC转换为﹢5V_后端供电电压，并使用﹢5V_后端为隔离模块后端和双路冗余通讯模块供电；然后，使用 LDO将﹢5V_后端转换为﹢3.3V_后端，并为ARM处理模块供电。

本实用新型的优点是，体积小，成本低，结构简单，安装方便，可实现4路模拟量信号的采集，并可通过冗余CAN通讯总线实现信号传输。

附图说明

图1是本实用新型基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块系统原理图：(1)为ARM处理模块、(2)为4选1通道选择模块、(3)为AD采集模块、(4)为隔离模块、 (5)为双路冗余通讯模块、(6)为防反插电路、(7)为前端隔离电源模块、(8)为后端隔离电源模块；此外，1、2为电源输入端口，3、4、5、6为冗余CAN通讯端口，7-14 为模拟量输入端口。图中，实线表示数字量或模拟量信号传递，虚线表示电源信号传递。

图2为隔离模块原理图：隔离模块(4)包括隔离模块前端(41)、隔离模块后端(43)以及它们之间的隔离屏障(42)；隔离模块前端(41)使用前端隔离电源模块(7)，隔离模块后端(43)使用后端隔离模块(8)供电。

图3为双路冗余通讯模块原理图：双路冗余通讯模块(5)包括CAN通讯通道0(51)和CAN通讯通道1(52)两部分。

图4为前端隔离电源模块原理图：前端隔离电源模块(7)包括DC-DC1(71)和 DC-DC2(72)两部分。

图5为后端隔离电源模块原理图：后端隔离电源模块(8)包括DC-DC3(81)和LDO(82)两部分。

具体实施方式

参见图1，本实用新型一种基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块，其实施方式如下。

外部电源通过电源端口1、2输入+24V直流电源，经过防反插电路6后，将极性正确的供电信号提供给前端隔离电源模块7和后端隔离电源模块8。前端隔离电源模块7 用于将+24VDC供电电压通过DCDC转换为±15V_前端供电电压和﹢5V_前端供电电压。其中，±15V_前端用于给4选1通道选择模块2和AD采集模块3供电；﹢5V_前端用于给隔离模块前端41供电。后端隔离电源模块8用于将+24VDC供电电压通过DCDC转换为﹢5V_后端供电电压，并使用﹢5V_后端为隔离模块后端43和双路冗余通讯模块5供电；然后，使用 LDO72将﹢5V_后端转换为﹢3.3V_后端，并为ARM处理模块1供电。

模拟量输入端口7-14可以输入4路4～20电流信号或0～10V电压信号，并统一转换为0～10V电压信号；然后，通过4选1通道选择器2选取一路电压信号给AD采集模块 3转换成16位数字量信号；然后，16位数字信号通过隔离模块4隔离后，传输给ARM 处理模块1进行处理。

通信端口3-6连接模拟量采集模块和其他分布式模块，实现分布式控制系统之间的数据通信。通讯数据通过CAN通讯通道0 51和CAN通讯通道1 52实现通讯数据的编码和解码，并保证内外数据的隔离，从而实现采集模块与外部模块之间的数据交换。

本实用新型涉及一种基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块，主要解决分布式系统中模拟量采集及冗余CAN通讯传输的问题。本实用新型提供的技术方案包括ARM 处理模块、4选1通道选择模块、AD采集模块、隔离模块、双路冗余通讯模块、防反插电路、前端隔离电源模块、后端隔离电源模块以及外围的电源端口、模拟量输入端口、通讯端口。本实用新型的有益效果是，体积小，成本低，结构简单，可实现4路4～20mA 电流或0～10V电压信号的采集，并可通过冗余CAN通讯总线实现信号传输，安装使用方便。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块，包括ARM处理模块(1)、4选1通道选择模块(2)、AD采集模块(3)、隔离模块(4)、双路冗余通讯模块(5)、防反插电路(6)、前端隔离电源模块(7)、后端隔离电源模块(8)以及外围的电源端口、模拟量输入端口、通讯端口；

所述的ARM处理模块(1)连接隔离模块后端(43)和双路冗余通讯模块(5)，并由后端隔离电源模块(8)为上述模块提供供电电源；ARM处理模块(1)用来接收双路冗余通讯模块(5)的通信数据，并对其进行解码，从而实现对模拟量采集方式的控制；同时，编码AD采集结果，再经过双路冗余通讯模块(5)发送给外部模块；

所述的4选1通道选择模块(2)用来将4～20mA电流信号或0～10V电压信号统一转换为0～10V电压信号；然后，选择4路模拟量输入中的1路，作为被测信号传递给AD采集模块(3)；

所述的AD采集模块(3)对被选中通道的电压信号进行AD采集，并将采集结果通过隔离模块(4)发送给ARM处理模块；

所述的隔离模块(4)包括隔离模块前端(41)、隔离模块后端(43)以及它们之间的隔离屏障(42)；隔离模块前端(41)和隔离模块后端(43)分别使用前端隔离电源模块(7)和后端隔离电源模块(8)独立供电，供电电源均为+5V；

所述的双路冗余通讯模块(5)包含CAN通讯通道0(51)和CAN通讯通道1(52)两部分；该部分是通过编码、隔离、解码以及CAN转换器转换将ARM处理模块(1)发出的数据发送给外部模块；同时，将从外部模块接收的数据通过CAN转换器转换、编码、隔离、解码，并发送给ARM处理模块(1)，进而实现ARM处理模块(1)与外部模块的数据交换；

所述的防反插电路(6)用于将外部输入的+24VDC供电电源进行极性调整，保证供给前端隔离电源模块(7)和后端隔离电源模块(8)的供电电源极性正确；

所述的前端隔离电源模块(7)用于将经过调整的+24VDC供电电压通过DCDC转换为±15V_前端供电电压和﹢5V_前端供电电压；其中，±15V_前端用于给4选1通道选择模块(2)和AD采集模块(3)供电；﹢5V_前端用于给隔离模块前端(41)供电；

所述的后端隔离电源模块(8)用于将经过调整的+24VDC供电电压通过DCDC转换为﹢5V_后端供电电压，并使用﹢5V_后端为隔离模块后端(43)和双路冗余通讯模块(5)供电；然后，使用LDO(72)将﹢5V_后端转换为﹢3.3V_后端并为ARM处理模块(1)供电。

2.根据权利要求1所述的基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块，其特征在于所述+24V直流电源信号允许供电信号正接和反接，通过防反插电路(6)实现电源极性的调整，保证通过供给DCDC模块的电源极性正确。

3.根据权利要求1所述的基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块，其特征在于前端采集与后端处理模块进行数字隔离，防止前端输入杂波信号对后端的串扰。

4.根据权利要求1所述的基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块，其特征在于通讯结构采用双通道冗余CAN通讯模式。

5.根据权利要求1所述的基于冗余CAN总线的多通道模拟量采集模块，其特征在于根据需要选择被采集信号的输入类型是输入4～20mA电流信号还是0～10V电压信号。

Images