Can總線智能數(shù)據(jù)采集模塊的制作方法
【專利摘要】CAN總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端連接的單片機(jī)，還包括與單片機(jī)連接的獨(dú)立總線控制器、程序存儲(chǔ)器、通用陣列邏輯器件；以及與獨(dú)立總線控制器連接的接口芯片。本發(fā)明所述CAN總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，可以實(shí)現(xiàn)控制現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字、模擬信號(hào)采集，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)據(jù)傳送以及與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊等功能。
【專利說明】0…總線智能數(shù)據(jù)采集模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子通信領(lǐng)域，涉及一種總線智能數(shù)據(jù)采集模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)使得全數(shù)字化，全開放式，具有可互操作性，徹底分散的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)00111:1-01 8781:6111)得以實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)已成為自動(dòng)化領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)，也將成為工業(yè)過程控制的一個(gè)重要發(fā)展方向。
[0003]控制器局域網(wǎng)⑶111:1*01161 81-081161:肌)1?是德國(guó)808(^公司在現(xiàn)代汽車電子【技術(shù)領(lǐng)域】中推出的一種多主控制器局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能有效支持分布式和實(shí)時(shí)控制，最早主要應(yīng)用于汽車內(nèi)部電子監(jiān)測(cè)和控制器件數(shù)據(jù)通信。由于其高可靠性及高實(shí)時(shí)性而廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制等領(lǐng)域。其突出的特點(diǎn)是采用最長(zhǎng)8個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，實(shí)時(shí)性高；另外協(xié)議取消了傳統(tǒng)的地址編碼概念，取而代之的是基于數(shù)據(jù)塊標(biāo)識(shí)符的無損優(yōu)先級(jí)仲裁，給分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模塊間的信息共享帶來了極大的方便。
[0004]基于集中管理、分散控制的分散控制系統(tǒng)⑶111:1*01 8781:6111)解決了集中式直接數(shù)字控制系統(tǒng)對(duì)控制器處理能力和可靠性要求過高的缺陷，但由于其具有一定的封閉性、各分散控制系統(tǒng)之間的不兼容性，集散控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和信息共享。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決傳統(tǒng)技術(shù)中分散控制系統(tǒng)之間的不兼容性，集散控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和信息共享的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種總線智能數(shù)據(jù)采集模塊。
[0006]本發(fā)明所述0^總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端連接的單片機(jī)，還包括與單片機(jī)連接的獨(dú)立總線控制器、程序存儲(chǔ)器、通用陣列邏輯器件；以及與獨(dú)立總線控制器連接的接口芯片，所述接口芯片與總線連接。
[0007]優(yōu)選的，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端還連接有差分放大器。
[0008]優(yōu)選的，還包括與單片機(jī)連接的并口擴(kuò)展芯片，以及與并口擴(kuò)展芯片連接的光耦器件。
[0009]優(yōu)選的，所述單片機(jī)為80(31961((^
[0010]優(yōu)選的，所述獨(dú)立總線控制器為3從1000。
[0011]優(yōu)選的，所述程序存儲(chǔ)器為八1280256。
[0012]優(yōu)選的，所述通用陣列邏輯器件為以116乂8。
[0013]優(yōu)選的，所述并口擴(kuò)展芯片為82055八。
[0014]本發(fā)明所述0^總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，可以實(shí)現(xiàn)控制現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字、模擬信號(hào)采集，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)據(jù)傳送以及與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊等功能，由于總線的應(yīng)用，大大提高了分布式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的靈活性、可靠性和實(shí)時(shí)性，建立了一個(gè)有效的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。同時(shí)該數(shù)據(jù)采集模塊也可以方便地移植到工業(yè)上的其它控制系統(tǒng)中，與其它基于0^總線的智能控制模塊組成0^現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1示出本發(fā)明一個(gè)【具體實(shí)施方式】示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]以下給出本發(fā)明一個(gè)【具體實(shí)施方式】。
[0017]本發(fā)明所述0^總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端連接的單片機(jī)，還包括與單片機(jī)連接的獨(dú)立總線控制器、程序存儲(chǔ)器、通用陣列邏輯器件；以及與獨(dú)立總線控制器連接的接口芯片，所述接口芯片與總線連接。
[0018]作為一種智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表，如圖1所示，模塊硬件部分以80(:196%單片機(jī)作為采集模塊的核心，外圍電路主要包括總線接口，程序存儲(chǔ)器，電源監(jiān)控及復(fù)位電路，以I譯碼電路，01、八/0轉(zhuǎn)換電路及模塊參數(shù)設(shè)置電路等。
[0019]8001961(0是1社61公司推出的高性能16位單片機(jī)。和此351系列單片機(jī)相比，1(:3196系列單片機(jī)具有更快的運(yùn)算速度和更豐富的片上外圍設(shè)備，提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，主要體現(xiàn)在#可采用8/16位動(dòng)態(tài)總線配置方式，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性。匕⑶口中的算術(shù)邏輯單元不采用常規(guī)的累加器結(jié)構(gòu)，改用寄存器-寄存器結(jié)構(gòu)。0^的操作直接面向256字節(jié)的寄存器，消除了 51單片機(jī)中存在的累加器的瓶頸問題，提高了操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。有一套效率更高、執(zhí)行速度更快的指令系統(tǒng)。可以對(duì)帶符號(hào)數(shù)和不帶符號(hào)數(shù)進(jìn)行操作，16 X 16位只需1.498 (20冊(cè)12)，32 +16位只需2.4 9 8 (201?)，此外還有3操作數(shù)指令，大大提高指令效率。選擇80(:196%單片機(jī)作為數(shù)據(jù)采集模塊的核心器件，可以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求，保證系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。
[0020]總線接口由公司的獨(dú)立總線控制器3從1000和接口芯片820250組成。3從1000在軟件上和引腳上都是與它的前款90182(:200獨(dú)立控制器兼容的，并增加了許多新功能:標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且這2種幀格式都具有單/雙接收過濾器；64字節(jié)的接收；可讀錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器和可編程的出錯(cuò)警告界限以及僅聽模式和自測(cè)試模式等。硬件連接上比較簡(jiǎn)單:3^1000的數(shù)據(jù)地址總線是分時(shí)復(fù)用的，可以直接與80(:196%的？3 口連接，對(duì)應(yīng)控制線相連即可。需注意的是，80(:196%是1社61公司的處理器，因此3從1000工作在1社61方式，!引腳應(yīng)接電源正端，另外單片機(jī)的外部中斷只有正跳變有效，而3從1000的中斷信號(hào)是低電平有效，因此需反相后才能連接單片機(jī)中斷引腳。
[0021]820250器件提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)0^控制器的差動(dòng)接收能力，其…引腳允許選擇3種不同的工作方式:高速、斜率控制和待機(jī)。在低速和總線長(zhǎng)度較短時(shí)，一般采用斜率控制方式，限制上升和下降斜率，降低射頻干擾，斜率可通過由…引腳至地連接的電阻進(jìn)行控制。通信信號(hào)傳輸?shù)綄?dǎo)線的端點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生反射，反射信號(hào)會(huì)干擾正常信號(hào)的傳輸，因而總線兩端通常應(yīng)接有終端電阻，以消除反射信號(hào)，其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗，一般取120 0。
[0022]數(shù)字顯示儀表的有效8⑶碼位數(shù)為5位(個(gè)、十、百位及2位小數(shù)位)，另帶一位符號(hào)位，共有21位二進(jìn)制位。80(:196%片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器，因而用？3和？4 口作為地址數(shù)據(jù)總線，單片機(jī)剩余有效10 口資源較少，因此必須擴(kuò)展并口。并口擴(kuò)展可以采用專用擴(kuò)展芯片或通用74系列的邏輯芯片，為了簡(jiǎn)化電路和編程，采用常見的可擴(kuò)展24路10 口的82055八并口擴(kuò)展芯片?，F(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字顯示儀表的輸出是非標(biāo)準(zhǔn)的III電平，為了實(shí)現(xiàn)模塊與前端儀表兼容和隔離，對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)采用了幾？521光耦進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)隔離。
[0023]本發(fā)明中八/0轉(zhuǎn)換器選用八01674，它與八0574兼容，12位分辨率，輸入電壓范圍0?±10乂或0?±5乂單雙極性可選，轉(zhuǎn)換時(shí)間為10^ 8，單通道最大采集速率50狃2，片內(nèi)帶基準(zhǔn)電壓、三態(tài)緩沖器，且具有采樣保持電路，完全滿足設(shè)計(jì)的需要。
[0024]模擬電壓信號(hào)輸出電壓信號(hào)0?…―。為適應(yīng)八01674輸入電壓范圍，需對(duì)傳感器的微弱電壓信號(hào)放大，但同時(shí)并存許多噪聲源:傳感器內(nèi)阻、電纜電阻、放大器電路以及電路周圍的電磁干擾源。因此，電壓信號(hào)前端采用低通濾波器和差分放大器八0620等來抑制差模噪聲和共模噪聲本模塊電路中，單片機(jī)擴(kuò)展外圍器件較多，有程序存儲(chǔ)器八1280256、〇他控制器3從1000、并口擴(kuò)展82055八和八/0轉(zhuǎn)換八01674。196單片機(jī)在模塊中主要工作于8位總線寬度下，由于八01674采用了 12位并行輸出模式，因此還需動(dòng)態(tài)改變總線寬度。為了簡(jiǎn)化電路，以及適應(yīng)196單片機(jī)較高總線速度的要求，譯碼電路放棄了傳統(tǒng)的門電路組合的方法，采用了可多次編程的通用陣列邏輯器件1081(3)6^1678。這樣可以減少元器件數(shù)量、降低線路復(fù)雜程度，同時(shí)降低故障機(jī)率及提高硬件設(shè)計(jì)的靈活性。。
[0025]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.CAN總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端連接的單片機(jī)，其特征在于，還包括與單片機(jī)連接的獨(dú)立總線控制器、程序存儲(chǔ)器、通用陣列邏輯器件；以及與獨(dú)立總線控制器連接的接口芯片，所述接口芯片與CAN總線連接。
2.一種如權(quán)利要求1所述CAN總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端還連接有差分放大器。
3.—種如權(quán)利要求1所述CAN總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，還包括與單片機(jī)連接的并口擴(kuò)展芯片，以及與并口擴(kuò)展芯片連接的光耦器件。
4.一種如權(quán)利要求1所述CAN總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，所述單片機(jī)為80C196KC。
5.一種如權(quán)利要求1所述CAN總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，所述獨(dú)立總線控制器為 SJA1000。
6.一種如權(quán)利要求1所述CAN總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，所述程序存儲(chǔ)器為AT28C256。
7.—種如權(quán)利要求1所述CAN總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，所述通用陣列邏輯器件為GAL16V8。
8.—種如權(quán)利要求3所述CAN總線智能數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，所述并口擴(kuò)展芯片為 82C55A。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK104460396SQ201310425560
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】何陽(yáng) 申請(qǐng)人:何陽(yáng)