专利名称：基于can总线的智能振动检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及现场检测设备领域，具体的是涉及一种基于CAN总线的智能振动 检测装置。
背景技术：
振动检测仪是一种固定安装式振动监测装置.可测量机械振动的加速度，速度， 位移，并具有超限报警功能，广泛应用在大型工矿企业中，是重要的振动检测设备和报警装 置。但是，传统的模拟信号振动检测仪体积大，成本高，电路复杂，信号抗干扰能力弱，功能 单一，灵敏度低。随着计算机技术，通信技术的发展，尤其是现场总线在工业中的不断发展和广泛 应用，仪器仪表也进入了智能化的时代。振动检测仪也应该集成数字技术和通信技术。在 工业现场总线技术中，CAN总线的应用非常广泛。CAN总线是是ISO国际标准化的串行通信协议，如今被广泛地应用于工业自动化、 船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉 为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的 数据通信提供了强有力的技术支持。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突 出的可靠性、实时性和灵活性，并具有低成本，极高的总线利用率，很远的数据传输距离，高 速的数据传输速度，可以根据报文的ID来决定接受或屏蔽该报文的，可靠的错误处理和检 错机制，发送的信息遭到破坏以后可以重发，节点在错误严重的情况下具有自动退出总线 的功能。CAN总线传输的报文不含源地址和目的地址，仅用标识符来指定功能信息和优先级 信息。由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。
发明内容为了解决上述传统的振动检测仪体积大，成本高，电路复杂，信号抗干扰能力弱， 功能单一，灵敏度低，无法实现通信等问题，本实用新型提供一种电路简单，体积小，成本 低，数据处理效率高，灵敏度高，信号稳定可靠，测量范围更宽，具有能与CAN总线通信功能 的智能振动检测装置。本实用新型采用的技术方案是一种基于CAN总线的智能振动检测装置，包括微 处理器、CAN总线通讯模块、振动检测单元，所述的皆与微处理器连接，所述的振动检测单元 包括用于采集机械振动信号的振动传感器模块，用于对振动信号进行滤波、放大、积分处理的信号调理电路，用于对振动信号进行模数转换的A/D转换器，所述的A/D转换器与微处理器连接， 把振动信号传递给微处理器；所述的微处理器处理A/D转换器所传递的振动信号，并控制CAN通讯模块的数据 传输；[0011]所述的CAN通讯模块与CAN总线连接。进一步，所述的振动检测单元还包括一个用于检测机械温度信号的温度传感器， 所述的温度传感器采集的温度信号经A/D转换器后输送给微处理器。更进一步，还包括一个用于分别为微处理器、CAN通讯模块、振动检测单元提供工 作电源的电源模块。更进一步，所述的微处理器采用一种集成CAN总线控制器MSCAN的MCU-C8051F040 系列单片机。本实用新型的技术构思是通过传感器把待测的振动参数转换成各种电参数(如 电流、电压、阻抗、频率等)，根据需要将电信号经过滤波、放大、积分等信号转换得到不失真 幅度合适的电信号，再经过A/D转换处理变成数字信号，送入微处理器进行处理。处理后的 数据采用内部集成的CAN控制器来进行数据传输。本实用新型相比与传统振动检测仪的技术优势在于1.基于CAN总线的数据传输，提高数据传输的速率，并保证数据传输可靠稳定，做 到数据传输实时性和高效性的结合。2.采用智能微处理器和数字芯片，使系统的体积小，成本低，数据处理效率高，灵 敏度高，信号稳定可靠，测量范围更宽。
图1是本实用新型整体硬件框图图2是本实用新型的信号调理电路原理框图图3是本实用新型的CAN总线系统网络图图4是本实用新型的电源模块结构原理图图5是本实用新型的软件结构图图6是本实用新型的通信模块流程
具体实施方式
参照图1所示，本实用新型微处理器采用MCU-C8051F040系列单片机，它是完全集 成的混合信号系统级芯片(SOC)，具有与8051兼容的高速CIP-51内核，其内部集成的外设 很多，在智能振动检测仪的设计中主要用到MSCAN模块，它遵循CAN2. 0Α/Β协议，集成除收 发器外CAN总线处理器的所有功能。这种芯片相比无MSCAN模块的单片机而言，使整个系 统电路连接更为简单，减少电路故障率，软件编写更为简洁。振动传感器模块采用压电陶瓷元件，利用压电效用将振动转换成电信号，温度传 感器采用半导体集成温度传感器AD590，它是一种二端式恒流源形式的温度传感器，只需在 其二端加上一定的工作电压则其输出端的电流会随温度而变化，其线性为luA/K，它是一种 电流型的温度传感器，因此具有较强的抗干扰能力，适用计算机进行远距离温度测量和控 制。该温度传感器检测设备温度，监测设备是否工作在正常温度范围内，提高安全性。信号调理电路参照图2所示，它的原理是输入振动信号传入至放大器，对输入的 振动信号进行放大。经过高通滤波器从振动信号中提取出加速度高频值，经过低通滤波器 得到加速度的低频值。加速度低频值经过积分处理得到速度信号，对速度信号积分得到位移信号。参照图3所示，CAN通讯模块包括一个CAN收发器，CAN总线控制器MSCAN的输入 输出经CAN收发器转换成CAN标准电平，连接到CAN总线(双绞线)上，CAN收发器还能输 出CAN总线要求的大电流，同时具有大电流保护功能，可使CAN控制器MSCAN避免节点或总 线的破坏。电参照图4，该装置的微处理器、CAN通讯模块、振动检测单元均需要稳定可靠的 电源供电，电源模块也是本实用新型非常重要的部件之一，其可靠性、抗干扰能力、稳定性 等将直接影响到本实用新型的质量。根据供电系统的不同，总线仪表分为非总线供电型仪 表和总线型供电仪表。非总线型仪表采用独立的电源供电，总线型仪表需要从总线上获取 能量。本实用新型为非总线型仪表。CAN总线传感器工作时使用+5V，-5V和3.3V直流电 源，需要将现场提供的标准+24V直流电源转化成所需的电源。电源电路是引入强干扰的主 要通道，瞬间干扰可以通过电源线窜入CPU系统，应采用DC/DC隔离器进行电源隔离，再将 +24V电源分别降为+5V、-5V和3. 3V。采用这种整体的电源模块，节省系统空间。软件的整体结构图如图5所示。软件运用模块化设计方法，采用汇编语言和C语 言混合编写，包括主程序和中断程序两部分。包括初始化模块、数据采集模块、数据处理模 块、通信中断模块、系统测试模块组成。具体步骤如下(1)智能检测仪上电后首先进行软件初始化，主要是对CPU内部堆栈区和各寄存 器以及CPU运行模式、临时变量、指针等进行初始化。(2)对RAM区进行自检。RAM区主要存储采样数据，计算数据，网络变量及报文。对 每个存储单元分别写入特征数据00H，55H，AAH，FFH.读出存储内容。如果写入的和读出的 内容一致，说明这个存储单元读写功能正常。自检完毕后，对传感器进行初始化。(3)等待IOOus后，循环采样加速度，速度，位移值。(4)将采集后的数据进行A/D转换，对转换后的数据进行数字滤波，通过传感器输 入_输出方程进行电压值到加速度、速度、位移值的转换。(5)重复(3)和(4)步，循环运行。总线通信部分采用中断方式，包括现场保护，通信处理分支程序以及现场的恢复。 下面具体介绍各个软件模块的工作原理和功能(1)初始化模块CPU内部堆栈区和特殊功能寄存器初始化，CPU运行模式初始化，临时变量初始 化，堆栈指针的设置，时间计数器的设置，中断优先级的设置，A/D转换器初始化，CAN总线 控制器MSCAN初始化等等。A/D转换器的初始化主要控制寄存器的设置，功能包括A/D正常 工作，中断禁止，分辨率，时钟，采用时间，模拟输入通道，转换结果数据存放格式等的设置， MSCAN初始化程序比较复杂，主要是针对内部各寄存器的设置(有些寄存器采用复位默认 值，没必要在程序中设置)。经信号调理后的模拟信号到达预定设定的A/D转换通道后，启 用模数转换。(2)数据处理模块主要包括数字滤波程序和电压值到加速度，速度，位移值的转换程序。数字滤波程 序通常采用的是算数平均值滤波。这一方法是指对信号连续进行多次采样，得到多个采样 值，将这些值求和取平均值。传感器的模拟电压信号经过A/D转换得到数字电压信号。最后得到的测量值需要是加速度，速度，位移，温度等物理变量。因此需要经过电压到加速度， 速度，位移的转换环节，转换程序可以实现这一功能。(3) CAN总线通信模块MSCAN在上电或硬件复位后，运行其初始化程序，MACAN模块就可以进行CAN总线 的通信。CAN总线通信程序是指MSCAN模块在单片机的控制下执行的发送和接受信息的程 序。一方面它将采集到的信息发送到总线上供上位机或其他总线设备使用，另一方面模块 接收发送到本模块的数据帧并将其存入缓冲区中的程序，CAN总线通信模块流程图如图6 所示。CAN总线通信程序采用中断的形式进行。为了提高事件响应的速度。MSCAN占用4 个中断矢量发送中断，接受中断，唤醒中断和出错中断。11个不同的中断源映射到4个矢 量上，每个中断源可以单独屏蔽。各位技术人员须注意的是虽然本实用新型已以上面的具体实施例作描述，但是 其变形并为超出本实用新型保护范围，本实用新型的发明思想并不局限于此一个实施例。
权利要求一种基于CAN总线的智能振动检测装置，其特征在于包括微处理器、CAN总线通讯模块、振动检测单元，所述的CAN总线通讯模块、振动检测单元皆与微处理器连接，所述的振动检测单元包括用于采集机械振动信号的振动传感器模块，用于对振动信号进行滤波、放大、积分处理的信号调理电路，用于对振动信号进行模数转换的A/D转换器，所述的A/D转换器与微处理器连接，把振动信号传递给微处理器；所述的微处理器处理A/D转换器所传递的振动信号，并控制CAN通讯模块的数据传输；所述的CAN通讯模块与CAN总线连接。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的智能振动检测装置，其特征在于所述的振 动检测单元还包括一个用于检测机械温度信号的温度传感器，所述的温度传感器采集的温 度信号经A/D转换器后输送给微处理器。
3.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的智能振动检测装置，其特征在于还包 括一个用于分别为微处理器、CAN通讯模块、振动检测单元提供工作电源的电源模块。
4.根据权利要求1所述的基于CAN总线的智能振动检测装置，其特征在于；所述的微 处理器采用一种集成CAN总线控制器MSCAN的MCU-C8051F040系列单片机。
专利摘要一种基于CAN总线的智能振动检测装置，包括微处理器、CAN总线通讯模块、振动检测单元，所述的CAN总线通讯模块、振动检测单元皆与微处理器连接，本振动检测仪采用CAN总线结构通讯，数据传输率高，为实时在线监测运行设备的故障诊断提供有力和可靠的数据支持，通过实验测试，各项技术指标均符合实际运行要求，性能优于传统模拟信号检测仪，它对于保障大型设备安全运行，提高机械设备在线实时故障检测效率，推动设备状态监测与设备诊断技术的发展，都有重大意义。
文档编号G01H11/06GK201662434SQ20102015615
公开日2010年12月1日 申请日期2010年4月3日 优先权日2010年4月3日
发明者周琴, 戴瑜兴, 李泓霖, 李芃, 王卫国 申请人:天正集团有限公司;湖南大学