专利名称：一种高精度ad转换电路及该电路使用的工作方法
技术领域：
本发明涉及一种AD转换电路，特别是指一种用于核电站CAN网络上的AD转换电路。
背景技术：
在核电应用领域内，由于产生核电的设备本身由多种设备，通常采用CAN网络来完成各个装置之间的通讯。CAN(控制器局域网)实际上是标准的串行通信协议，能有效支持高安全等级应用的分布式实时控制。其应用范围覆盖从高速网络到低成本的多路互联。在汽车电子行业领域，应用CAN实现发动机、传感器与防滑刹车等系统的数据传输，通信速率为IMbp s。 CAN包括3层结构，即目标层、传输层以及物理层。而为了使得该CAN网络能够与核电站各模拟设备之间传输数据以及设备参数，AD转换电路对于CAN网是必须的，因为CAN网络也是一种数字式网络，但是在现有的技术中还没有AD转换电路能够提供给核电领域安全可靠的AD转换电路，因此，本发明就是基于上述的原因提供了一种能够在CAN网络灵活应用的高精度AD转换电路，其可以在高温状态下稳定运行，不降低装置精度，稳定性。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种与CAN网络连通的高精度AD转换电路，该AD转换电路能够在不降低装置精度的条件，稳定高效的工作；同时本发明提供了应用在该AD转换电路上的工作方法。 为了实现上述的发明目的，本发明采用如下的技术方案 —种高精度AD转换电路，该AD转换电路包括一主控元件，其一端与CAN网路连通并向其提供数据，另外一端通过AD转换芯片连接模拟信号端，该AD转换电路还包括与该AD转换芯片连接的用于补偿温度的温度补偿模块以及保护整个AD转换电路的接口保护电路。 所述的接口保护电路包括模拟量隔离芯片以及与该芯片连通的有源或者无源模拟量切换开关，该模拟量隔离芯片还与AD转换芯片连通。 所述的温度补偿模块包括与所述的AD转换芯片连接的温度传感器，该传感器与
AD转换芯片连通并直接将探测得到的温度传输到AD转换芯片中的处理模块。 所述的主控元件包括有两个CAN控制器，该两个CAN控制器分别通过CAN接口电
路与CAN网路的A、 B两部分分别连通，该CAN控制器与对应的CAN接口电路之间采用隔离
芯片进行隔离。 所述的AD转换电路采用DC/DC电源直接向整个AD转换电路以及CAN网供电。所述的DC/DC电源供电部分采用隔离型DC/DC模块NDY2405S以及两片隔离型DC/DC模块NME0505D。 所述的主控元件还至少设置一组用于存储的可编程逻辑器件。
为了进一步提高该AD转换电路的稳定性，该高精度AD转换电路采用如下的工作方法，其特征在于，该工作方法包括 第一步，初始化AD转换电路中的主控元件以及AD转换芯片； 第二步，通过主控元件，检测模拟量输入端的连接状态，如果断线，装置报警，检查
A/D转换芯片状态，采集用于AD转换的数据，进行数据转换； 第三步，CAN网路A有数据接收，继续进行此部分处理，否则CAN网路A数据帧接收计数加1，当计数到固定阀值，初始化CAN网路A ;将数据保存到接收缓冲区；清除CAN数据帧接收计数；调整接收缓冲区指针；根据接受数据，判断数据类型，响应数据，并进入第四步处理流程； 第四步，CAN网路B有数据接收，继续进行此部分处理，否则CAN网B数据帧接收计数加1，当计数到固定阀值，初始化CAN网路B ;将数据保存到接收缓冲区；清除CAN数据帧接收计数；调整接收缓冲区指针；根据模式选择，返回第三步后者进入下一步处理中；
第五步，读取CAN网路A数据根据数据进行校准；返回校准数据，当收到校准结束数据，装置复位。 所述的工作方法还包括通过温度传感器将探测的温度参数传输给AD转换芯片，
并通过AD转换芯片将温度参数与预设在AD转换芯片处理模块内部的温度参数进行对比并
将对应结果对应的数据作为温度补偿量加权到原始AD转换得到的数据上。 通过采用上述的技术方案，本发明提供了一种与CAN网络连通的高精度AD转换电
路，该AD转换电路能够在不降低装置精度的条件，稳定高效的工作；同时本发明提供了应
用在该AD转换电路上的工作方法。
图1中显示的是本发明的AD转换电路与CAN网络连接的总体示意 图2中显示的是本发明的AD转换电路内部结构的总体示意 图3中显示的是本发明的接口保护电路的连接结构示意具体实施例方式
本发明提供了一种与CAN网络灵通的高精度AD转换电路以及带有温度补偿电路，可以在高温下稳定运行，不降低装置精度、稳定性能高的AD转换电路。
其中图1中显示的是本发明的AD转换电路与CAN网络连接的示意图；在CAN网络中目标层与传输层实现IS0/0SI模型定义的数据链路层的所有功能。物理层定义了信号是如何实际传输的。为了使传输介质与信号电平在实际应用中能进一步优化，在CANVersion2. 0的技术规格书中没有对物理层进行定义。传输层是CAN协议的核心，将接收的消息传输到目标层，同时接收来自目标层的消息。传输层实现数据位定时、同步、报文组帧、仲裁、应答、错误检领U、标识与故障确定。与CAN网路连通的首先是用于读取CAN网络内数据的CAN控件，包括CAN收发器以及控制器。该CAN控件则通过主控元件与AD转换芯片以及其它配置芯片连通，这里的主控元件一般采用微处理器，而配置芯片的种类则是多种多样，在这里就不赘述了。图1中则简单显示了本发明的AD转换电路与CAN网络连接的总体示意图。而整个信号在图1中的AD转换电路中的传输过程如下，在CAN网络中通讯的数据通过CAN收发器并在CAN控制器的控制下传输到微处理器中，数据通过微处理器的初始化处理传输到AD转换芯片内，对AD芯片进行配置，模拟系统中的模拟量通过信号放大电路放大传输到AD转换芯片中，AD转换并通过微处理器的一系列处理再通过CAN收发器传输给CAN网络。 图2中显示的是本发明的AD转换电路内部结构的整体示意图，其中该AD转换电路包括一主控元件，其一端与CAN网路连通并向其提供数据，另外一端通过AD转换芯片接收转换的数字信号，该AD转换芯片还连接有用于补偿温度的温度补偿电路。这个主控元件包括有两个CAN控制器，该两个CAN控制器分别通过CAN接口电路与CAN网路的A、 B两部分分别连通。所述的CAN控制器与对应的CAN接口电路之间采用隔离芯片进行隔离，这里的隔离芯片防止由于意外产生的高压以及高电流对于AD转换电路的破坏。所述的AD转换芯片直接通过接口保护电路与模拟信号端连通，该接口保护电路包括模拟量隔离芯片以及与该芯片连通的有源或者无源模拟量切换开关，该模拟量隔离芯片还与AD转换芯片连通。其对整个AD转换电路起到很好的保护作用的功能如下下面图3中的接口保护电路中以无源模拟量切换开关LCC 120和模拟量隔离芯片AD210BN组成为例，模拟量输入经过无源模拟量切换开关LCC120导通后接入上述模拟量隔离芯片AD210BN，经过模拟量隔离芯片AD210BN后接入AD转换芯片。此接口保护电路的功能包括对内保护功能和对外保护功能。对内保护功能是指作为模拟量输入的现场信号，因为干扰、可能出现比较大的电压，模拟量隔离芯片AD210BN对过压信号进行消波和电气隔离，使干扰信号不会对本电路造成影响。对外保护功能是指本电路故障时(任何可能出现的故障，包括理论上的故障)，本电路通过硬件电路和固件逻辑检测到故障时，会通过无源模拟量切换开关LCC120切换，使现场信号和本电路不再有电气连接。如果本电路已经完全故障，已不能切换无源模拟量切换开关LCC120，根据模拟量隔离芯片AD210BN的隔离功能，也不会有对现场信号有电气影响，最危险的情况是逻辑电路和固件逻辑已经不能切换无源模拟量切换开关LCC120且模拟量隔离芯片AD210BN损坏或烧毁，根据模拟量隔离芯片AD210BN的故障模式分析，模拟量隔离芯片AD210BN会和现场信号短路，保护了现场信号，这就是接口保护电路的功能和实现。
另外本AD转换电路还包括温度补偿模块，其包括与所述的AD转换芯片连接的温度传感器，该传感器与AD转换芯片连通并直接将探测得到的温度传输到AD转换芯片中的处理模块。通过温度传感器将探测的温度参数传输给AD转换芯片，并通过AD转换芯片将温度参数与预设在AD转换芯片处理模块内部的温度参数进行对比并将与结果对应的数据作为温度补偿量加权到原始AD转换得到的数据上，当然上述的补偿量为可以是正值或者是负值都是可能的，再将本实施例中的温度传感器为LM35芯片。 所述的AD转换电路采用DC/DC电源直接向整个AD转换电路以及CAN网供电，另外在所述的主控元件中还至少设置一组可编程逻辑器件。由于供电设计的可靠性直接影响系统的性能，所以上述的系统供电部分采用隔离型DC/DC模块NDY2405S实现装置与系统电源的隔离。采用2片隔离型DC/DC模块NME0505D实现CAN网络与装置的隔离。模拟电路采用2片隔离型DC/DC模块NMH2415D。并优选freescale公司的MC9S12DG128的16位单片机作为主控元件。而上述的主控元件具有两个CAN控制芯片，通过高速光偶隔离芯片6N137和CAN接口芯片，实现CAN网电路，实现冗余CAN网。AD转换芯片优选采用AD7707BR、温度传感器芯片LM35、隔离放大器AD210BN。多路选择开关采用LM319、高精度基准源采用MAX6325CAS。其中现场模拟信号或基准源信号通过多路选择开关选择一路信号(选择现场模拟信号时实现采集功能，选择高精度基准源时实现在线校准功能)，经过隔离放大器的隔离、信号调整和现场信号保护后，通过AD芯片装换成数字量，温度传感器芯片通过测量温度获得的电信号，消除温度变化对AD转换芯片产生的影响。 上述的主控元件中存储有用以实现整个AD转换电路工作过程的程序，其中该程序启动运行后，进入系统初始化，进行如下步骤 主控元件初始化；读取可编程逻辑器件EEPR0M存储的数据，对数据进行检测，数据正确，装置正常运行，否则报警；对硬件进行检测，硬件正确，装置正常运行，装置报警；接受来自CAN网络命令，根据命令选择进入运行模式或者在线校准模式，然后进入主控流程。 主控流程在上述流程处理完毕后，进入主控流程。主流程包括4个主要部分，循环执行，按照处理顺序分别为(a)模拟量采集；(b) CAN网A通讯；(c) CAN网B通讯；(d)以太网数据发送部分。以上部分的详细处理如下 (a)模拟量采集；检测模拟量输入信号线连接状态，如果短线，装置报警，检查A/D转换芯片状态，采集A/D转换数据，根据量程配置，进行数据转换，进入(b)流程。
(b) CAN网A数据接收部分；如果CAN网A有数据接收，继续进行此部分处理，否则CAN网A数据帧接收计数加l，如果计数到500ms，初始化CAN网A ;将数据保存到接收缓冲区；清除CAN数据帧接收计数加；调整接收缓冲区指针；根据接受数据，判断数据类型，回响应数据，进入(C)处理流程； (c)定时器溢出处理部分；如果CAN网B有数据接收，继续进行此部分处理，否则CAN网B数据帧接收计数加l，如果计数到500ms，初始化CAN网B ;将数据保存到接收缓冲区；清除CAN数据帧接收计数加；调整接收缓冲区指针；根据模式选择，如果整个AD转换电路在运行模式下则返回步骤(a)处理流程；如果整个AD转换电路处于在线校准模式下则进入步骤(d)处理流程； (d)以太网数据发送部分。读取网络A数据根据数据进行校准；返回校准数据，如果收到校准结束数据的条件下，主控元件控制整个AD转换电路复位。 通过这样设置的AD转换电路，其采集单通道电流型或电压型模拟量，通过CAN网络把数据传送给核电站的其它装置。 上述AD转换电路的两种工作模式包括运行模式和在线校准模式。在运行模式下，每25ms采集一次模拟量信号，实时监测并判断信号状态，同时根据命令把数据和信号状态发送到CAN网路，实时监测冗余CAN网路通信并诊断状态，如果发现CAN网路故障，尝试重新通讯；在在线校准模式下，根据来自CAN网路的命令，对采集通道进行检测或校验，同时将检测结果发到CAN网路，并且能够通过对来自CAN网路、以太网数据帧的诊断来判定网络状态。 通过采用上述的技术方案，本发明提供了一种与CAN网络连通的高精度AD转换电路，该AD转换电路能够在不降低装置精度的条件，稳定高效的工作；同时本发明提供了应用在该AD转换电路上的工作方法。 另外本发明的保护范围并不局限于上述的说明书具体实施例中记载的内容，而是只要满足本发明权利要求书中技术特征的组合就落入了本发明的保护范围之中。
权利要求
一种高精度AD转换电路，其特征在于，该AD转换电路包括一主控元件，其一端与CAN网路连通并向其提供数据，另外一端通过AD转换芯片连接模拟信号端，该AD转换电路还包括与该AD转换芯片连接的用于补偿温度的温度补偿模块以及保护整个AD转换电路的接口保护电路。
2. 根据权利要求1所述的一种高精度AD转换电路，其特征在于，所述的接口保护电路包括模拟量隔离芯片以及与该芯片连通的有源或者无源模拟量切换开关，该模拟量隔离芯片还与AD转换芯片连通。
3. 根据权利要求1所述的自重高精度AD转换电路，其特征在于，所述的温度补偿模块包括与所述的AD转换芯片连接的温度传感器，该传感器与AD转换芯片连通并直接将探测得到的温度传输到AD转换芯片中的处理模块。
4. 根据权利要求l所述的一种高精度AD转换电路，其特征在于，所述的主控元件包括有两个CAN控制器，该两个CAN控制器分别通过CAN接口电路与CAN网路的A、 B两部分分别连通，该CAN控制器与对应的CAN接口电路之间采用隔离芯片进行隔离。
5. 根据权利要求l所述的一种高精度AD转换电路，其特征在于，所述的AD转换电路采用DC/DC电源直接向整个AD转换电路以及CAN网供电。
6. 根据权利要求5所述的一种高精度AD转换电路，其特征在于，所述的DC/DC电源供电部分采用隔离型DC/DC模块NDY2405S以及两片隔离型DC/DC模块NME0505D。
7. 根据权利要求l所述的一种高精度AD转换电路，其特征在于，所述的主控元件还至少设置一组用于存储的可编程逻辑器件。
8. 根据权利要求l-7所述的高精度AD转换电路的工作方法，其特征在于，该工作方法包括第一步，初始化AD转换电路中的主控元件以及AD转换芯片；第二步，通过主控元件，检测模拟量输入端的连接状态，如果断线，装置报警，检查A/D转换芯片状态，采集用于AD转换的数据，进行数据转换；第三步，CAN网路A有数据接收，继续进行此部分处理，否则CAN网路A数据帧接收计数加1，当计数到固定阀值，初始化CAN网路A ;将数据保存到接收缓冲区；清除CAN数据帧接收计数；调整接收缓冲区指针；根据接受数据，判断数据类型，响应数据，并进入第四步处理流程；第四步，CAN网路B有数据接收，继续进行此部分处理，否则CAN网B数据帧接收计数加1，当计数到固定阀值，初始化CAN网路B ;将数据保存到接收缓冲区；清除CAN数据帧接收计数；调整接收缓冲区指针；根据模式选择，返回第三步后者进入下一步处理中；第五步，读取CAN网路A数据根据数据进行校准；返回校准数据，当收到校准结束数据，整个AD转换电路复位。
9. 根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，所述的工作方法还包括通过温度传感器将探测的温度参数传输给AD转换芯片，并通过AD转换芯片将温度参数与预设在AD转换芯片处理模块内部的温度参数进行对比并将与探测结果对应的数据作为温度补偿量加权到原始AD转换得到的数据上。
全文摘要
本发明涉及一种AD转换电路，特别是指一种用于核电站CAN网络上的AD转换电路。该AD转换电路包括一主控元件，其一端与CAN网路连通并向其提供数据，另外一端通过AD转换芯片连接模拟信号端，该AD转换电路还包括与该AD转换芯片连接的用于补偿温度的温度补偿模块以及保护整个AD转换电路的接口保护电路。同时公开了采用上述AD转换电路的工作方法。通过采用上述的技术方案，本发明提供了一种与CAN网络连通的高精度AD转换电路，该AD转换电路能够在不降低装置精度的条件，稳定高效的工作；同时本发明提供了应用在该AD转换电路上的工作方法。
文档编号H04L12/28GK101729330SQ200810172368
公开日2010年6月9日 申请日期2008年11月3日 优先权日2008年11月3日
发明者左新, 朱毅明, 柏祥基, 池立勇, 白涛, 黄伟杰 申请人:北京广利核系统工程有限公司