专利名称：一种基于现场总线模拟量测控传输器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于计算机技术、电工电子技术和自动化领域，具体涉及一种基于现场总线模拟量测控传输器。
背景技术：
现场总线控制系统技术是20世纪80年代中期在国外上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线(fieldbus)是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络，是现场通信网络与控制系统的集成。随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低，计算机与计算机网络系统正在迅猛发展和扩大。现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护，现场总线技术正越来越受到人们的重视。目前，国际上已经出现的现场总线有几百种，其中典型的有一定影响并占有一定市场份额的主要有基金会现场总线(FF)、CAN、PROFIBUS、Lonworks、HART 等。现场总线控制系统用于生产过程的自动控制，需要处理一类最基本的模拟量输入输出信号，即模拟量信号，这些信号包括电流、电压、温度、压力、液位、湿度、速度等，这些信号的共同特征是连续变 化的模拟量。
发明内容本实用新型专利的目的在于提供一种基于现场总线模拟量测控传输器，具体为8路12位模拟量输入，2路12位模拟量输出，克服以往的测量和传输模拟量信号干扰大而且实时性能不好的缺点，可以通过现场总线把模拟量信息传送到上位机，上位机发出相应指令，完成模拟量监控，主要应用于工业生产过程的自动控制，本实用新型由微控制器(I)、CAN总线电路(2 )、信号调理电路一(3 )、信号调理电路二( 4)、、信号调理电路三(5 )、信号调理电路四(6)、信号调理电路五(7)、信号调理电路六(8)、信号调理电路七(9)、信号调理电路八(10 )、V/I变换一(11)、V/I变换二( 12 )、电源电路(13 )组成。它们的连接关系是:CAN总线电路(2)和微控制器(I)连接，信号调理电路一(3)、信号调理电路二(4)、信号调理电路三(5)、信号调理电路四(6)、信号调理电路五(J)、信号调理电路六(8)、信号调理电路七(9 )、信号调理电路八(10 )和微控制器(I)连接，V/I变换一(11)、V/I变换二( 12 )和微控制器(I)连接，电源电路(13)给微控制器(1)、CAN总线电路(2)、信号调理电路一(3)、信号调理电路二(4)、信号调理电路三(5)、信号调理电路四(6)、信号调理电路五(J)、信号调理电路六(8)、信号调理电路七(9)、信号调理电路八(10)、V/1变换一(11)、V/1变换二(12)供电。所述CAN总线电路(2)选用CAN现场总线，CAN (Controller Area Network控制器局域网)总线最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的一种串行数据通信多主机局域网，CAN现场总线是一种普及率很高现场总线(fieldbus)，直接通信距离最远可达IOkm,速率5Kbps以下,通信速率最高可达IMbPs,此时通信距离最长为40m,节点目前可达110个，通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤。所述微控制器(I)选用C8051F041高速混合信号ISP FLASH微控制器，C8051R)41是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有64个数字I/O引脚，片内集成了一个CAN2.0B控制器。下面列出了一些主要特性；高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核(可达25MIPS)，控制器局域网(CAN2.0B)控制器，具有32个消息对象，每个消息对象有其自己的标识全速、非侵入式的在系统调试接口(片内)，真正12位、100 ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关，允许高电压差分放大器输入到12/10位ADC(60V峰-峰值)，增益可编程，真正8位500 ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关，两个12位DAC，具有可编程数据更新方式，64KB可在系统编程的FLASH存储器，4352 (4K+256)字节的片内RAM，可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口，硬件实现的SP1、SMBus/ I2C和两个UART串行接口，5个通用的16位定时器，具有6个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列，片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器，具有片内VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F041是真正能独立工作的片上系统。所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU 进行非侵入式(不占用片内资源)、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。C8051RM1本身自有CAN总线控制器，故不需要外加CAN总线控制器。所述CAN总线电路(2)包括光电稱合器一(2-1)、光电稱合器二(2_2)、CAN总线收发器(2-3)、防雷击管一(2-4)、防雷击管二(2-5)、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C3、电容C4、CAN总线节点(2-6)。光电耦合器选用高速光耦隔离6N137芯片，在此用2片6N137芯片，微控制器(I)的CANTX引脚通过电阻Rl和一片6N137光电耦合器一(2_1)芯片IN引脚连接，微控制器(I)的CANRX引脚和另一片6N137光电耦合器二(2_2)芯片OUT引脚连接，CAN总线收发器(2-3)选用TJA1050芯片，一片6N137光电耦合器一(2_1)芯片OUT引脚连接TJA1050芯片TXD引脚，另一片6N137光电耦合器二(2_2)芯片IN引脚通过电阻R2连接TJA1050芯片RXD引脚，TJA1050芯片的CANH引脚通过电阻R3、电容C3、防雷击管一(2-4)与CAN总线节点(2-6)相连，TJA1050芯片的CANL引脚通过电阻R4、电容C4、防雷击管二(2-5)与CAN总线节点(2-6)相连。所述信号调理电路一(3 )、信号调理电路二( 4)、信号调理电路三(5 )、信号调理电路四(6)、信号调理电路五(7)、信号调理电路六(8)、信号调理电路七(9)、信号调理电路八
(10)是把传感器的模拟量信号调理为适合微控制器(I)模拟量信号，采用单端输入方式，信号调理电路一(3)和微控制器(I)的P3.0引脚连接，信号调理电路二(4)和微控制器(I)的P3.1引脚连接，信号调理电路三(5)和微控制器(I)的P3.2引脚连接，信号调理电路四
(6)和微控制器(I)的P3.3引脚连接，信号调理电路五(7)和微控制器(I)的P3.4引脚连接，信号调理电路六(8)和微控制器(I)的P3.5引脚连接，信号调理电路七(9)和微控制器(I)的P3.6引脚连接，信号调理电路八(10)和微控制器(I)的P3.7引脚连接。所述V/I变换一(11)、V/I变换二(12)是把微控制器(I)输出模拟量电压信号转换成模拟量电流信号驱动执行机构，V/ι变换一(11)和微控制器(I)的DACO引脚连接，V/I变换二(12)和微控制器(I)的DACl引脚连接。本实用新型工作原理:模拟量信号经过信号调理电路一(3)、信号调理电路二
(4)、信号调理电路三(5)、信号调理电路四(6)、信号调理电路五(7)、信号调理电路六(8)、信号调理电路七(9)、信号调理电路八(10)，把采集的模拟量信息传送到微控制器(1)，微控制器(I)经过CAN总线电路(2)把采集的模拟量信息传输上位机；上位机通过CAN总线电路(2)把模拟量控制信息传输微控制器(1)，微控制器(I)通过V/I变换一(11)、V/I变换二( 12)把模拟量控制信息传输到现场执行机构。本实用新型具有电路简单高效、信息传送智能化、抗干扰能力强、实时性能好、工程量小、电缆线少、便于应用、成本低的特点。
图1为本实用新型系统的结构示意图。图2为本实用新型CAN总线电路和微控制器连接的示意图。图3为本实用新型信号调理电路和微控制器连接的示意图。图4为本实用新型V/I变换和微控制器连接的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步详细说明。图1为本实用新型的结构示意图，由微控制器(I)、CAN总线电路(2)、信号调理电路一(3 )、信号调理电路二( 4)、信号调理电路三(5 )、信号调理电路四(6 )、信号调理电路五(7 )、信号调理电路六(8 )、信号调理电路七(9 )、信号调理电路八(10 )、V/I变换一(11)、V/I变换二(12)、电源电路(13)组成；图2为本实用新型CAN总线电路(2)和微控制器(I)连接的示意图，光电耦合器选用高速光耦隔离6N137芯片，在此用2片6N137芯片，微控制器(I)的CANTX引脚通过电阻Rl和一片6N137光电耦合器一(2_1)芯片IN引脚连接，微控制器(I)的CANRX引脚和另一片6N137光电耦合器二(2-2)芯片OUT引脚连接，CAN总线收发器(2-3)选用TJA1050芯片，一片6N137光电耦合器一(2_1)芯片OUT引脚连接TJA1050芯片TXD引脚，另一片6N137光电耦合器二(2-2)芯片IN引脚通过电阻R2连接TJA1050芯片RXD引脚，TJA1050芯片的CANH引脚通过电阻R3、电容C3、防雷击管一(2-4)与CAN总线节点(2-6)相连，TJA1050芯片的CANL引脚通过电阻R4、电容C4、防雷击管二(2-5)与CAN总线节点(2-6)相连；图3为本实用新型信号调理电路一(3)、信号调理电路二(4)、、信号调理电路三(5)、信号调理电路四(6)、信号调理电路五(7)、信号调理电路六(8)、信号调理电路七(9)、信号调理电路八(10)和微控制器(I)连接的示意图，采用单端输入方式，信号调理电路一(3)和微控制器(I)的P3.0引脚连接，信号调理电路二(4)和微控制器(I)的P3.1引脚连接，信号调理电路三(5)和微控制器(I)的P3.2引脚连接，信号调理电路四
(6)和微控制器(I)的P3.3引脚连接，信号调理电路五(7)和微控制器(I)的P3.4引脚连接，信号调理电路六(8)和微控制器(I)的P3.5引脚连接，信号调理电路七(9)和微控制器
(I)的P3.6引脚连接，信号调理电路八(10 )和微控制器(I)的P3.7引脚连接；图4为本实用新型V/I变 换一(11)、V/I变换二(12)和微控制器(I)连接的示意图，V/I变换一(11)和微控制器(I)的DACO引脚连接，V/1变换二(12)和微控制器(I)的DACl引脚连接。模拟量信号经过信号调理电路一(3)、信号调理电路二(4)、信号调理电路三(5)、信号调理电路四(6)、信号调理电路五(J)、信号调理电路六(8)、信号调理电路七(9)、信号调理电路八
(10)，把采集的模拟量信息传送到微控制器(1)，微控制器(I)经过CAN总线电路(2)把采集的模拟量信息传输上位机；上位机通过CAN总线电路(2)把模拟量控制信息传输微控制器(I )，微控制器(I)通过V/I变换一(11 )、V/I变换二( 12)把模拟量控制信息传输到现场执行机构。要完成8路12位模拟量输入和2路12位模拟量输出的传输还需要相应的软件，软件有MCU控制器(I)初始化程序、CAN节点的初始化程序、报文发送程序和报文接收程序、
A/D转换程序、D/A转换 程序。
权利要求1.一种基于现场总线模拟量测控传输器，其特征在于，CAN总线电路(2)和微控制器(I)连接，信号调理电路一(3 )、信号调理电路二( 4)、信号调理电路三(5 )、信号调理电路四(6 )、信号调理电路五(7 )、信号调理电路六(8 )、信号调理电路七(9 )、信号调理电路八(10 )和微控制器(I)连接，V/I变换一(11 )、V/I变换二( 12 )和微控制器(I)连接，电源电路(13 )给微控制器(I)、CAN总线电路(2 )、信号调理电路一(3 )、信号调理电路二( 4)、信号调理电路三(5)、信号调理电路四(6)、信号调理电路五(7)、信号调理电路六(8)、信号调理电路七(9)、信号调理电路八(10)、V/I变换一(11)、V/I变换二(12)供电。
2.如权利要求1所述的一种基于现场总线模拟量测控传输器，其特征在于，所述的CAN总线电路(2)包括光电耦合器一(2-1)、光电耦合器二(2-2)、CAN总线收发器(2_3)、防雷击管一(2-4)、防雷击管二(2-5)、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C3、电容C4、CAN总线节点(2-6)，光电耦合器选用高速光耦隔离6N137芯片，在此用2片6N137芯片，微控制器(I)的CANTX引脚通过电阻Rl和一片6N137光电耦合器一(2_1)芯片IN引脚连接，微控制器(I)的CANRX引脚和另一片6N137光电耦合器二(2-2)芯片OUT引脚连接，CAN总线收发器(2-3)选用TJA1050芯片，一片6N137光电耦合器一(2_1)芯片OUT引脚连接TJA1050芯片TXD引脚，另一片6N137光电耦合器二(2-2)芯片IN引脚通过电阻R2连接TJA1050芯片RXD引脚，TJA1050芯片的CANH引脚通过电阻R3、电容C3、防雷击管一(2-4)与CAN总线节点(2-6)相连 ，TJA1050芯片的CANL引脚通过电阻R4、电容C4、防雷击管二(2_5)与CAN总线节点(2-6)相连。
3.如权利要求1所述的一种基于现场总线模拟量测控传输器，其特征在于，信号调理电路一(3 )、信号调理电路二( 4)、信号调理电路三(5 )、信号调理电路四(6 )、信号调理电路五(7)、信号调理电路六(8)、信号调理电路七(9)、信号调理电路八(10)是把传感器的模拟量信号调理为适合微控制器(I)模拟量信号，采用单端输入方式，信号调理电路一(3)和微控制器(I)的P3.0引脚连接，信号调理电路二(4)和微控制器(I)的P3.1引脚连接，信号调理电路三(5)和微控制器(I)的P3.2引脚连接，信号调理电路四(6)和微控制器(I)的P3.3引脚连接，信号调理电路五(7)和微控制器(I)的P3.4引脚连接，信号调理电路六(8)和微控制器(I)的P3.5引脚连接，信号调理电路七(9)和微控制器(I)的P3.6引脚连接，信号调理电路八(10 )和微控制器(I)的P3.7引脚连接。
4.如权利要求1所述的一种基于现场总线模拟量测控传输器，其特征在于，所述的V/I变换一(11 )、V/I变换二(12)是把微控制器(I)输出模拟量电压信号转换成模拟量电流信号驱动执行机构，V/I变换一(11)和微控制器(I)的DACO引脚连接，V/I变换二( 12)和微控制器(I)的DACl引脚连接。
专利摘要一种基于现场总线模拟量测控传输器，具体为8路12位模拟量输入，2路12位模拟量输出，属于计算机技术、电工电子技术和自动化领域。包括微控制器(1)、CAN总线电路(2)、信号调理电路一(3)、信号调理电路二(4)、信号调理电路三(5)、信号调理电路四(6)、信号调理电路五(7)、信号调理电路六(8)、信号调理电路七(9)、信号调理电路八(10)、V/I变换一(11)、V/I变换二(12)、电源电路(13)组成。电源电路(13)给器件和电路供电，可以和上位机通讯。优点在于简单高效、智能化、抗干扰强、实时性好、成本低的特点。
文档编号G05B19/418GK203149377SQ20132013461
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月24日 优先权日2013年3月24日
发明者姜重然, 翟洪波, 蒋野, 苏彦哲, 温世勇, 何建华, 周睿, 王卫, 尹秋月 申请人:佳木斯大学