嵌入式桥梁健康监测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种嵌入式桥梁健康监测装置，用以辅助桥梁养护工作，实时监测旧桥健康状况，它包括3G无线模块、工控主机、数据采集卡和传感器，在工控主机与数据采集卡之间连接有一个通信转换模块，通信转换模块包含电源模块、CAN通信模块、485通信模块以及主控CPU，工控主机与通信转换模块中的CAN通信模块、主控CPU相连、485通信模块依次相连，485通信模块与数据采集卡相连，数据采集卡与传感器的输出端相连，本实用新型的突出效果在于采用这样的通信转换装置可以将CAN通信与485通信有机的结合在一起，有效发挥二者各自的优势，拥有通信稳定性强、覆盖范围广等优点，避免桥梁垮塌事件带来的严重后果。
【专利说明】
嵌入式桥梁健康监测装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及桥梁监测技术领域，特别是一种嵌入式桥梁健康监测装置。
【背景技术】
[0002]现阶段现有桥梁健康监测系统的通信架构以并行485通信以及485总线为主，但是并行485架构由于在硬件上采用了多路并行结构，使得硬件成本成倍增长。另外，485总线主控程序需要实现多路协调工作，各路间并没有严格的优先级，一旦各节点发生并发现象，容易导致数据丢失，同时485总线的耐压性较低，当并接的传感器节点过多时，容易出现由于多节点并发故障引起的总线电流过大而烧毁硬件设备的现象。另外对于并行485通信以及485总线来说，由于没有像CAN总线那样完备的通信控制机制，当单路数据采集卡发生故障而不停上传数据时，会导致系统工作异常。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种嵌入式桥梁健康监测装置，用以辅助桥梁养护工作，实时监测旧桥健康状况，避免桥梁垮塌事件带来的严重后果。
[0004]本实用新型的技术方案为:一种嵌入式桥梁健康监测装置，包括3G无线模块、工控主机、数据采集卡和传感器，其技术要点是:在工控主机与采集卡之间连接有一个通信转换模块，通信转换模块包含电源模块、CAN通信模块、485通信模块以及主控CPU四个部分，3G无线模块与工控主机相连，工控主机与通信转换模块中的CAN通信模块相连，CAN通信模块与主控CPU通过光电耦合芯片相连，主控CPU与485通信模块相连，485通信模块的输出端与数据采集卡的一端相连，数据采集卡的另一端与传感器的输出端相连，通信转换模块的电源模块同时与CAN通信模块、主控CPU和485通信模块相连，用以提供电源，工控主机与通信转换模块之间采用CAN总线通信方式，通信转换模块与数据采集卡之间采用485总线通信方式。
[0005]本实用新型的优点在于将CAN总线通信方式与485总线通信方式结合使用，CAN通信模块转485通信模块主要完成CAN总线通信与485总线通信之间的通信类型转换，其主要由电源模块、CAN通信模块、485通信模块以及主控CPU组成，电源模块为CAN通信模块、主控CPU、485通信模块提供稳定的5V、3.3V、1.9V电源，CAN通信模块实现CAN通信物理层电平转换，485通信模块完成485通信电平转换，主控CPU完成CAN通信数据解析，以及与485通信间数据的传输。
[0006]本实用新型提出一种新的桥梁健康监测装置，监测装置内部的工控主机与各通信转换模块之的通信方式为CAN总线通信方式，通信转换模块与数据采集卡之间的通信方式为485总线通信方式，这样可以充分利用两种通信方式的优势;CAN通信(Contro I Ier AreaNetwork)是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，较目前基于RS-485总线构建的分布式控制装置而言，基于CAN总线的分布式控制装置在以下方面具有明显的优越性:CAN通信为多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可满足不同的节点同时接收到相同的数据的需求，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高装置的可靠性和装置的灵活性，而利用RS-485只能构成主从式结构装置，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，装置的实时性、可靠性较差;CAN总线通过CAN控制器接口芯片的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态，这就保证不会出现象在RS-485网络中，当装置有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象；而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”的状态;CAN总线具有完善的通信协议，可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低了装置的开发难度，缩短了开发周期，这些是仅仅有电气协议的RS-485总线所无法比拟的。另外，通信转换模块与数据采集卡之间采用485通信方式，由于485通信方式的有效通信距离较长，可以有效扩大桥梁健康监测系统的覆盖范围，弥补了CAN总线高速通信速率条件下通信距离短的缺点。
【附图说明】
[0007]图1是本实用新型的总体连接示意图；
[0008]图2是本实用新型中通信转换模块的连接示意图；
[0009]图3是本实用新型电源模块的内部电路图；
[0010]图4是本实用新型CAN通信模块的内部电路图；
[0011]图5是本实用新型所使用的主控CPU;
[0012]图6是本实用新型485通信模块的内部电路图；
[0013]图7是本实用新型的看门狗电路。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，本实用新型涉及一种嵌入式桥梁健康监测装置，包括3G无线模块、工控主机、数据采集卡和传感器，其中在工控主机与数据采集卡之间连接有一个通信转换模块，通信转换模块包含电源模块、CAN通信模块、485通信模块以及主控CPU四个部分，3G无线模块与工控主机相连，工控主机与通信转换模块中的CAN通信模块相连，CAN通信模块与主控CPU通过光电耦合芯片相连，主控CPU与485通信模块相连，485通信模块的输出端与数据采集卡的一端相连，数据采集卡的另一端与传感器的输出端相连，通信转换模块的电源模块同时与CAN通信模块、主控CPU和485通信模块相连，用以提供电源，工控主机与通信转换模块之间采用CAN总线通信方式，通信转换模块与数据采集卡之间采用485总线通信方式。
[0015]如图3，本通信转换模块有5V、3.3V、1.9V三种供电方式，前端输入5V电源，但由于前端电源可能存在电压不稳的现象，这里采用滤波电路对其进行滤波以输出稳定的5V电压，另外由于本通信转换模块采用DSP28335作为主控芯片，其电源包括核心电源与1电源，此芯片要求1电源供电不先于核心电源供电，因此这里选取TPS73HD301PWPR作为3.3V、1.9V供电模块，此芯片可以同时输出3.3V以及1.9V，可以使DSP28335上电后进入正常工作状态，另外1.9V电源可以通过选取合适的R19、R20阻值来获得。
[0016]如图4，通信转换模块中的CAN通信电平转换芯片选用PCA82C250T，此芯片通过引脚1、引脚4输出5V的TTL电平，引脚6与引脚7输出CAN通信电平，这里采用光电耦合芯片作为CAN通信芯片与主控CPU的连接器，这样不但起到电平转换的目的，更能起到隔离、保护主控芯片的作用。光电耦合芯片NI的引脚3与主控CPU的引脚64连接，光电耦合芯片N3的引脚6与主控CPU的引脚65连接。
[0017]如图5、6，由于主控CPU的1接口为3.3V的TTL电平，因此这里选取MAX3485作为485通信模块，其引脚I与主控CPU的引脚63相连接、其引脚2与主控CPU的引脚66相连接、其引脚3与其引脚2相连接、其引脚4与主控CPU的引脚62相连接。另外其引脚6、引脚7为485电平引脚，分别通过TVS管与地连接，防止静电通过此通信接口击穿设备，另外为了使CAN通信输出电平稳定，引脚6做上拉、引脚7做下拉。
[0018]如图7，本设计采用芯片SP706P作为主控CPU的看门狗电路，当主控CPU在工作的时候，一旦受到外部干扰，会使其进入死机状态，这时使用看门狗电路对其进行复位。看门狗电路的具体连接方式如下:芯片SP706P的6引脚与主控CPU的138引脚相连，作为看门狗电路的喂狗信号，当主控CHJ正常工作的时候，其138引脚会不停向外发送一定频率的方波信号，当主控CPU进入死机状态后，其138引脚停止发送方波信号，当SP706P的6引脚超过1.6秒未接收到喂狗信号时，其7引脚会将电平拉低，将主控CPU复位，SP706P的7引脚与主控CPU的80引脚相连，作为主控CHJ的复位接口。
【主权项】
1.一种嵌入式桥梁健康监测装置，包括3G无线模块、工控主机、数据采集卡和传感器，其特征在于:在工控主机与数据采集卡之间连接有一个通信转换模块，通信转换模块包含电源模块、CAN通信模块、485通信模块以及主控CPU四个部分，3G无线模块与工控主机相连，工控主机与通信转换模块中的CAN通信模块相连，CAN通信模块与主控CPU通过光电耦合芯片相连，主控CPU与485通信模块相连，485通信模块的输出端与数据采集卡的一端相连，数据采集卡的另一端与传感器的输出端相连，通信转换模块的电源模块同时与CAN通信模块、主控CPU和485通信模块相连，用以提供电源，工控主机与通信转换模块之间采用CAN总线通信方式，通信转换模块与数据采集卡之间采用485总线通信方式。
【文档编号】G08C17/02GK205486758SQ201620081570
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】崔凯华, 张冠华, 于传君, 韩基刚, 侯娜, 梁玉敏, 孙福民, 王秋实, 王佳伟
【申请人】辽宁省交通规划设计院