專利名稱：一種基于can總線的開關(guān)量輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于CAN總線的開關(guān)量輸入裝置，特別是具有冗余CAN接口的開 關(guān)量輸入模塊，屬于工業(yè)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著CAN總線的技術(shù)優(yōu)勢逐漸被人們所認(rèn)識，基于CAN總線的控制系統(tǒng)在各行各業(yè)都 有了應(yīng)用，提高了系統(tǒng)可靠性。然而由于帶有CAN接口的傳感器和執(zhí)行器與普通傳感器和執(zhí) 行器相比價(jià)格昂貴、品種不多、生產(chǎn)商較少，這又嚴(yán)重阻礙了 CAN總線控制系統(tǒng)的大力普及。 為此， 一些公司開發(fā)了基于CAN總線接口的信號輸入輸出模塊，方便了CAN總線在工業(yè)控 制中的應(yīng)用。但是，這些模塊都存在著一些缺憾，限制了模塊的應(yīng)用。如北京華控技術(shù)有限 公司HK-RSMOX系列信號輸入輸出模塊、Rockwell Automation公司的1769 Compact I/O、歐 姆龍自動化(中國)集團(tuán)的各型號遠(yuǎn)程I/0終端及數(shù)字I/0單元等采用瑞子排接線方式，只 能在機(jī)箱機(jī)柜內(nèi)使用，沒有發(fā)揮CAN總線的固有優(yōu)勢；Rockwell Automation公司的1792D ArmorBlockMaxum鎧裝模塊、圖爾克(天津)傳感器有限公司的現(xiàn)場I/O模塊、萬可電子(天 津)有限公司的現(xiàn)場總線輸入/輸出模塊等具有較高的環(huán)境防護(hù)等級，可以適用于惡劣的現(xiàn)場 環(huán)境，但這些模塊都采用電纜上出線的電連接器連接方式，不適用于有振動的場合。隨著電 子技術(shù)的發(fā)展，電子模塊的可靠性越來越高，在以電子產(chǎn)品為主組成的系統(tǒng)中，電纜連接的 可靠性成為影響系統(tǒng)可靠性的主要因素。以CAN總線模塊構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)，常采用菊花鏈連接方 式，電纜連接故障將會影響故障節(jié)點(diǎn)后所有模塊的工作。然而目前的這些CAN接口模塊都只 有單一的總線接口，無法應(yīng)用于對可靠性有苛刻要求的系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出了一種使用簡單的技術(shù)解決方案，即具有冗 余總線接口的開關(guān)量輸入擴(kuò)展裝置，包括殼體、電路板和電連接器，其特征在于連接外部總 線的電連接器和連接現(xiàn)場傳感器的電連接器分別安裝在殼體的兩端，并分別與安裝于殼體底 板上的電路板兩端相連接，其中連接外部總線的電連接器采用冗余方式，可以連接兩條外部 CAN總線。
所述的殼體采用長方體形式，底面兩端有伸出的馬腳，用于模塊在現(xiàn)場的安裝固定；底 面內(nèi)部有凸臺，用于安裝電路板。殼體兩端開孔，用來安裝電連接器，其中一端有4個(gè)開孔， 用來安裝與外部總線連接的4個(gè)電連接器，另外一端的開孔數(shù)量視需要連接的傳感器數(shù)量而 定。殼體具有一個(gè)可打開的上蓋，打開上蓋后可以對內(nèi)部安裝的電路板進(jìn)行檢査。殼體兩側(cè) 面不安裝器件，用于多個(gè)模塊的組合安裝。
所述的電路板安裝在殼體內(nèi)部的底板上，其電路包括電源轉(zhuǎn)換電路、冗余總線接口電路、 CAN接口電路、單片機(jī)(包括軟件)、濾波隔離電路、地址設(shè)定電路和機(jī)內(nèi)檢測電路(BIT)。 其中，電源轉(zhuǎn)換電路將輸入的電源電壓轉(zhuǎn)化為內(nèi)部電路的工作電壓，提供給內(nèi)部電路；冗余 總線接口電路提供內(nèi)部單路的CAN接口與外部雙路冗余的CAN總線之間的連接，當(dāng)檢測到外部總線連接出現(xiàn)故障時(shí)，冗余總線接口電路可以在單片機(jī)的控制下將內(nèi)部CAN接口連接到 外部冗余的CAN總線上。CAN接口電路連接冗余總線接口電路和單片機(jī)，是單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對 外通信的關(guān)鍵電路，由CAN控制器和CAN物理接口兩部分組成，CAN控制器完成網(wǎng)絡(luò)邏輯 鏈路層以及網(wǎng)絡(luò)物理層的功能，而CAN物理接口電路則實(shí)現(xiàn)對物理總線的驅(qū)動；單片機(jī)是整 個(gè)模塊的核心，它負(fù)責(zé)采集輸入信號，把采集到的信號通過CAN接口發(fā)送到CAN總線上。 濾波隔離電路則對輸入的開關(guān)信號進(jìn)行濾波、隔離和電平變換，消去信號線上的噪聲，并使 信號與單片機(jī)接口電路匹配。地址設(shè)定電路與單片機(jī)相連，用來對模塊進(jìn)行編碼，以區(qū)別于 系統(tǒng)內(nèi)同類的其它模塊。BIT電路與單片機(jī)相連，負(fù)責(zé)對模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測。
所述的電連接器包括總線接口連接器和現(xiàn)場傳感器接口連接器兩部分?？偩€接口由總線 輸入接口和總線級聯(lián)接口組成，用于模塊采用級聯(lián)的方式構(gòu)成系統(tǒng)?？偩€輸入接口和總線級 聯(lián)接口均采用雙連接器冗余連接，使得總線接口有4個(gè)電連接器。每一個(gè)總線接口電連接器 均包含模塊工作電源、CAN總線信號和CAN總線的公共電平參考，其中電源冗余采用雙線 直接連接，CAN總線信號及其公共電平參考的冗余采用開關(guān)自動切換?，F(xiàn)場傳感器接口電連 接器采用每個(gè)電連接器連接1路輸入信號的方式，每個(gè)電連接器上都包含有傳感器工作電源 和傳感器輸出的信號。連接現(xiàn)場傳感器的電連接器的數(shù)量視需要連接的傳感器數(shù)量而定。
本實(shí)用新型具有如下的優(yōu)越性本實(shí)用新型采用殼體底板馬腳固定和兩端電纜連線方 式，模塊安裝牢固、電纜可活動部分短，可以工作于有振動的場合；本實(shí)用新型的總線接口 具有冗余功能，電路結(jié)構(gòu)簡單，具有很高的可靠性，可以應(yīng)用于對可靠性有苛刻要求的系統(tǒng)。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型電路的組成框圖。
圖3為圖2中冗余總線接口單元電路圖。
圖4為圖1的左視圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但該實(shí)施例不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
圖1和圖4是可以連接4路開關(guān)量傳感器的模塊結(jié)構(gòu)圖。包括殼體1、電路板2和電連 接器3，連接外部總線和連接現(xiàn)場傳感器的電連接器3分別安裝在殼體1的兩端，并分別與 電路板2兩端相連接，其中連接外部總線的電連接器采用冗余方式，可以連接兩條外部CAN 總線。當(dāng)模塊工作在露天場所且無防護(hù)措施時(shí)，殼體1應(yīng)采用橡膠密封(殼體蓋與殼體主體 之間)，電連接器3應(yīng)采用防水型連接器，否則對殼體1和電連接器3沒有嚴(yán)格要求，殼體l 的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足應(yīng)用場合的要求即可。
圖2中，冗余總線接口采用單刀雙置的微型電磁繼電器，在單片機(jī)的控制下對外部CAN 總線進(jìn)行切換，圖3示出了冗余總線接口與4個(gè)總線連接器、與CAN接口的連接原理。CAN 接口電路通常采用隔離接口方式，以減輕外界干擾對內(nèi)部電路的影響，此時(shí)的CAN接口電路 包括CAN控制器、CAN總線驅(qū)動電路以及兩者之間的隔離電路三部分；其中的CAN控制器有PCX82C200及其升級產(chǎn)品SJAIOOO、 MCP2510等型號，部分單片機(jī)內(nèi)部也集成了 CAN控 制器，如P8XC592、 MC68HC05X4、 PIC18F2480等，本實(shí)用新型推薦采用單片機(jī)內(nèi)置CAN 控制器，以簡化電路、提高可靠性；CAN總線驅(qū)動電路有PCA82C250/251以及其后繼升級 產(chǎn)品TJA1040、 TJA1050等，推薦選用升級產(chǎn)品TJA1040，它有優(yōu)秀的EMC性能，而且在 不上電狀態(tài)下有理想的無源性能，它還提供低功耗管理，支持遠(yuǎn)程喚醒；CAN控制器和CAN 總線驅(qū)動電路之間的隔離可以采用磁隔離或光隔離技術(shù)，采用磁隔離技術(shù)的電路有 IL612/712，光隔離電路應(yīng)則采用高速光耦，如CNW137、 HCPL0600等。信號濾波可以采用電 阻分壓，RC濾波，信號隔離可以采用光電耦合器。單片機(jī)電路的選擇范圍很廣，本實(shí)用新型 推薦選用集成有CAN控制器的單片機(jī)，如PIC18F2480、 MC68HC908等。電源轉(zhuǎn)換電路需 要提供兩路低壓電源， 一路供總線接口電路使用(電壓通常為5V)，另一路供其它內(nèi)部電路 使用(電壓需根據(jù)電路需要而定)，這兩路電源應(yīng)相互獨(dú)立且與輸入電源隔離，以消除系統(tǒng)的 影響；電源模塊可以采用采用兩塊單路輸出隔離型AC/DC轉(zhuǎn)換器，也可以采用一塊具有兩路 獨(dú)立輸出電壓的隔離型AC/DC轉(zhuǎn)換器。地址設(shè)定可以采用4位撥碼開關(guān)；BIT單元可以包括 模塊電源電壓極限檢測、傳感器電源短路檢測及短路保護(hù)等功能，其中的模塊電源電壓極限 檢測可以采用電壓極限檢測專用電路如ICL7665,傳感器電源短路檢測可以采用霍爾傳感器 來檢測傳感器電源電流，電源短路保護(hù)可以采用自恢復(fù)保險(xiǎn)絲。
該模塊采用ll位標(biāo)識符，定義如下表:
ID10ID9ID8ID7ID6ID5ID4ID3ID2ID1IDO
備用模塊種類模塊地址其中模塊種類定義如下
ID6:ID4=011:開關(guān)量輸入模塊； ID6:ID4^其它保留用于其它種類的模塊。
該模塊傳送的數(shù)據(jù)為2字節(jié)，第一字節(jié)表示4個(gè)輸入傳感器的狀態(tài)，第2字節(jié)表示模塊 的自檢信息。
模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送方式可以有應(yīng)答發(fā)送、定時(shí)發(fā)送和隨機(jī)發(fā)送等方式。模塊工作時(shí)，定時(shí) 采集和存儲接口的狀態(tài)信號，并把新采集的數(shù)據(jù)與上次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)存在狀態(tài)數(shù) 據(jù)的變化時(shí)，則立即把采集到的數(shù)據(jù)通過CAN接口發(fā)送出去，這種數(shù)據(jù)發(fā)送方式即為隨機(jī)發(fā) 送。通過BIT單元檢測到的模塊故障信息也采用隨機(jī)發(fā)送方式進(jìn)行發(fā)送。如果每次新采集到 的數(shù)據(jù)都與上次的數(shù)據(jù)相比沒有變化，則模塊釆用固定的時(shí)間間隔通過CAN接口向外發(fā)送最 新采集到的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)發(fā)送方式即為定時(shí)發(fā)送。當(dāng)上層模塊要求數(shù)據(jù)時(shí)，模塊接到數(shù)據(jù) 請求信息后立即發(fā)送保存的最新采集數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)發(fā)送方式即為應(yīng)答發(fā)送。
以上實(shí)施例是發(fā)明人認(rèn)為比較合理的實(shí)現(xiàn)方式，對其結(jié)構(gòu)外形的改變、連接信號數(shù)量的 改變、與上層控制模塊的連接方式的改變等均沒有形成對本發(fā)明的根本結(jié)構(gòu)的變化，均屬于 本實(shí)用新型的保護(hù)之列。
權(quán)利要求1、一種基于CAN總線的開關(guān)量輸入裝置，包括殼體(1)、電路板(2)和電連接器(3)，其特征在于連接外部總線及連接現(xiàn)場傳感器的電連接器(3)分別安裝在殼體(1)的兩端，并分別與安裝于殼體底板上的電路板(2)的兩端相連接，其中連接外部總線的電連接器采用冗余方式，可以連接兩條外部CAN總線。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的開關(guān)量輸入裝置，其特征在于所述的殼體(1) 采用長方體形式，底面兩端有伸出的馬腳，用于模塊在現(xiàn)場的安裝固定；底面內(nèi)部有凸臺， 用于安裝電路板(2);殼體兩端開孔，用來安裝電連接器(3),其中一端有4個(gè)開孔，用 來安裝與外部總線連接的4個(gè)電連接器，另外一端的開孔數(shù)量視需要連接的傳感器數(shù)量而定； 殼體(1)具有一個(gè)可打開的上蓋，打開上蓋后可以對內(nèi)部安裝的電路板(2)進(jìn)行檢査；殼 體(1)兩側(cè)面不安裝器件，用于多個(gè)模塊的組合安裝。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的開關(guān)量輸入裝置，其特征在于所述的電路板(2) 安裝在殼體(1)內(nèi)部的底板上，其電路包括電源轉(zhuǎn)換電路、冗余總線接口電路、CAN接口 電路、單片機(jī)(包括軟件)、濾波隔離電路、地址設(shè)定電路和機(jī)內(nèi)檢測電路(BIT)。其中，電 源轉(zhuǎn)換電路將輸入的電源電壓轉(zhuǎn)化為內(nèi)部電路的工作電壓，提供給其它內(nèi)部電路；冗余總線 接口電路提供內(nèi)部單路的CAN接口與外部雙路冗余的CAN總線之間的連接；CAN接口電路 從冗余總線接口接收信息，把接收到的信息送給單片機(jī)；濾波隔離電路對傳感器信號進(jìn)行濾 波、隔離和電平變換，送給單片機(jī)；地址設(shè)定電路和BIT電路直接與單片機(jī)相連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的開關(guān)量輸入裝置，其特征在于所述的電連接器 (3)包括總線接口連接器和現(xiàn)場傳感器接口連接器兩部分，分別安裝于殼體(1)的兩端；其中的總線接口由總線輸入接口和總線級聯(lián)接口組成，用于模塊采用級聯(lián)的方式構(gòu)成系統(tǒng)； 總線輸入接口和總線級聯(lián)接口均采用雙連接器冗余連接，使得總線接口有4個(gè)電連接器；每 一個(gè)總線接口電連接器均包含模塊工作電源、CAN總線信號和CAN總線的公共電平參考， 其中電源冗余采用雙線直接連接，CAN總線信號及其公共電平參考的冗余采用開關(guān)自動切 換；現(xiàn)場傳感器接口電連接器采用每個(gè)電連接器連接1路輸入信號的方式，每個(gè)電連接器上 都包含有傳感器工作電源和傳感器輸出的信號；連接現(xiàn)場傳感器的電連接器的數(shù)量視需要連 接的傳感器數(shù)量而定。
專利摘要本實(shí)用新型公布了一種基于CAN總線的開關(guān)量輸入擴(kuò)展裝置，用于CAN總線控制系統(tǒng)中對行程開關(guān)等傳統(tǒng)開關(guān)量信號的檢測，包括殼體(1)、電路板(2)和電連接器連接外部總線及連接現(xiàn)場傳感器的電連接器(3)分別安裝在殼體(1)的兩端，并分別與安裝于殼體底板上的電路板(2)的兩端相連接，其中連接外部總線的電連接器采用冗余方式，可以連接兩條外部CAN總線。本實(shí)用新型采用殼體底板馬腳固定和兩端電纜連線方式，模塊安裝牢固、電纜可活動部分短，可以工作于有振動的場合；本實(shí)用新型的總線接口具有冗余功能，電路結(jié)構(gòu)簡單，具有很高的可靠性，可以應(yīng)用于對可靠性有苛刻要求的系統(tǒng)。
文檔編號G05B19/418GK201134042SQ200720309219
公開日2008年10月15日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日
發(fā)明者丁永春, 劉志剛, 劉連港, 張趙來, 芮光超, 凱 趙 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一三研究所