專利名稱：一種用于液壓支架壓力檢測系統(tǒng)的can隔離中繼器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種供井下使用的CAN隔離中繼器，適用于井下支架壓力檢測系
統(tǒng)通信領域。
背景技術：
在綜采面中，液壓支架的數(shù)量多達到200架甚至更多，每一個支架需要配置一個支架壓力檢測器，即一個通訊節(jié)點，因此支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)也要達到200以上。監(jiān)測系統(tǒng)的安全可靠運行是以一個安全可靠的通訊網(wǎng)絡為前提的。在目前國內(nèi)開發(fā)的適用于井下通訊的現(xiàn)場工業(yè)總線采用比較多的是CAN總線，而CAN總線帶節(jié)點的數(shù)量受到限制，如CAN網(wǎng)絡最多只能有IIO個網(wǎng)絡節(jié)點，如果不加中繼器達不到要求。[0004] 此外，對于煤礦井下所使用的全部電器都有防爆或本安要求。這一特殊要求，使得供電電源的功率受到限制，通常一個電源只能帶幾個壓力檢測器，這樣就需要有大量的獨立電源為壓力檢測器供電，為避免電源并聯(lián)電流不均衡所帶來的本安失效的問題，需要用很多隔離器。 一個綜采面常需要配置幾十個隔離器，而每個隔離器在進行數(shù)據(jù)傳遞過程中有延時，為了保證信號快速傳遞，每一個隔離器的傳輸延時要非常小。由于電源容量的限制，隔離器的功耗也必須很低，降低電源的負載。 由于隔離中繼器用于井下這一惡劣環(huán)境，以及綜采面支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)這一特殊場合，現(xiàn)有的普通隔離耦合器或中繼器產(chǎn)品存在很多問題，如不具備電氣隔離功能、傳輸延時大、波特率不能自適應等，無法滿足井下使用的要求。[0006]
發(fā)明內(nèi)容技術問題為了解決現(xiàn)有隔離耦合器或中繼器在井下通信系統(tǒng)中使用存在的問題，本實用新型提出一種用于液壓支架壓力檢測系統(tǒng)的CAN隔離中繼器，實現(xiàn)電源隔離和信號通訊、增加網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)目、提高通訊速率、實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸以及保證通訊網(wǎng)絡的本質安全和可靠性。 技術方案該該隔離中繼器是通訊中繼產(chǎn)品，完全采用數(shù)字電路，是在通訊最底層的物理層直接處理數(shù)據(jù)，將收到的數(shù)據(jù)進行隔離和增強后原樣輸出，所以不受軟件協(xié)議的限制，傳輸效率高，大大的降低數(shù)據(jù)傳遞時間，不對數(shù)據(jù)格式做任何改動，可以透明傳輸任何不同上層協(xié)議的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)準確的在網(wǎng)絡中傳輸。波特率自適應，當傳輸波特率變化時，只要波特率位時間大于隔離器件的轉換時間，即可實現(xiàn)波特率的自適應傳輸，無需做硬件和軟件的設置，可以方便組成網(wǎng)絡，兼容原有的網(wǎng)絡協(xié)議，無需改變原來的軟件，能夠適應所有CAN網(wǎng)絡軟件。主要用于超遠距離半雙工通信，內(nèi)部邏輯控制電路能夠自動識別數(shù)據(jù)流方向，能夠雙向延長網(wǎng)絡通信距離。隔離中繼器內(nèi)置完善的保護電路，能預防網(wǎng)絡設備同時輸出極性相反信號而損壞接口 ，隔離中繼器內(nèi)置500W保護器，有效防止浪涌和雷擊對設備造成損壞。 本實用新型用于綜采面液壓支架電液控制系統(tǒng)的隔離中繼器主要包括三大部分第一部分是CAN驅動器，第二部分是光電耦合器，第三部分信號調(diào)理電路；其中左側兩個外接端子分別接CAN1總線驅動器的CANH1與CANL1引腳，CAN1總線驅動器的輸出端接第一信號處理電路，第一信號處理電路的輸出端接第一光電隔離電路，第一光電隔離電路的輸出端接CAN2總線驅動器；右側兩個外接端子分別接CAN2總線驅動器的CANH2與CANL2引腳，CAN2總線驅動器的輸出端接第二信號處理電路，第二信號處理電路的輸出端接第二光電隔離電路，第二光電隔離電路的輸出端接CAN1總線驅動器；第一電源轉換模塊的電源輸出分別接CAN1總線驅動器、第一信號處理電路、第一光電隔離電路、第二光電隔離電路；第二電源轉換模塊的電源輸出分別接第一光電隔離電路、CAN2總線驅動器、第二信號處理電路、第二光電隔離電路。 采用的CAN驅動器為TJA1050，光電隔離器為6N137，隔離中繼器外殼采用金屬制成，內(nèi)部采用灌封工藝，符合煤礦井下安全規(guī)范。 CAN總線驅動器的驅動器U3的1號引腳與第一信號處理單元中的處理單元Ml相連，2號引腳接地，3號引腳與電源+5V1相連，4號引腳與光電耦合器U2的6號引腳相連，6號和7號引腳經(jīng)過保護二極管D2與地相連，6號引腳與7號引腳之間接匹配電阻R5，8號引腳經(jīng)過斜率電阻R1接地。 有益效果本隔離中繼器完全采用數(shù)字電路實現(xiàn)，可以完成基于CAN總線數(shù)據(jù)通訊，具有傳輸速率高、延遲時間極小、電氣隔離電壓高、總線雙向延長、信號流向自動切換、波特率自適應等特點，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，滿足井下本安型通訊設備進行隔離的要求。此外還可以實現(xiàn)延長CAN總線網(wǎng)絡的通信距離，增加CAN總線網(wǎng)絡設備的數(shù)目。
圖1是隔離中繼器系統(tǒng)框圖， 圖2是隔離中繼器在液壓支架系統(tǒng)中位置示意圖，[0015] 圖3是CAN隔離中繼部分連接示意圖。
具體實施方式CAN網(wǎng)絡是一種半雙工通信網(wǎng)絡，同一時刻數(shù)據(jù)總是單向流動，如圖1所示，CAN隔離中繼器每側各有兩個接線端子分別為差分信號線CANH、 CANL。 CAN隔離中繼器包括總線驅動器、信號處理電路和隔離電路三個模塊。由于信號需要左右雙向傳輸，每一模塊被分成左右對稱的一對接收和發(fā)送電路CAN1總線驅動器、CAN2總線驅動器、信號處理電路1、信號處理電路2、隔離電路1 、隔離電路2。 本隔離中繼器解決CAN總線在支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)中應用的問題，突破了 CAN總線網(wǎng)絡距離和節(jié)點數(shù)目的限制。通過光電隔離電路，既實現(xiàn)了不同電源之間電的隔離，又實現(xiàn)了各個CAN節(jié)點之間的相互通訊。 本實施例是一種井下支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)使用的隔離中繼器。該隔離中繼器有一外殼，外殼的插接面板有2個4芯電纜插座， 一個與左邊CAN節(jié)點通過連接電纜相連，另一個通過連接電纜與右邊CAN節(jié)點相連。該隔離中繼器包括驅動器、信號處理電路、隔離電路三部分。CAN驅動器負責CAN網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收發(fā)，同一時刻只能是發(fā)或者收，信號處理電路主要是對信號進行放大、濾波和邏輯控制處理，增強信號強度。 隔離中繼器在通信系統(tǒng)中應用的示意圖，如圖2所示。兩個獨立電源分別為兩邊CAN節(jié)點供電，同時也為隔離中繼器供電。由于光電隔離電路，使得兩電源處在不同的網(wǎng)絡中，兩電源之間沒有電的直接連接。 圖3指示了隔離中繼器關鍵電路連接關系。 在圖3中，CAN驅動器U3的1號引腳與信號調(diào)理單元M1相連，2號引腳接地，3號引腳與電源+5V1相連，4號引腳與光電耦合器U2的6號引腳相連，5號引腳懸空未用，6號引腳經(jīng)過保護二極管D2與地相連，7號引腳經(jīng)過保護二極管Dl接地，6號引腳與7好引腳之間接匹配電阻R5，8號引腳經(jīng)過斜率電阻Rl接地。 光電耦合器U2的1號引腳和4號引腳懸空未用，2號引腳與電源+5V2相連，3號引腳經(jīng)過電阻R6與信號調(diào)理單元M2相連，5號引腳接地，6號引腳與CAN驅動器U3的4號引腳相連，7號、8號引腳接電源+5V1。 CAN驅動器U4的連接方式和CAN驅動器U3的完全相同，光電耦合器Ul的連接方式同光電耦合器U2完全相同。信號調(diào)理單元Ml和信號調(diào)理單元M2的連接方式完全相同。[0024] 信號可以雙向傳輸，從CAN驅動器U3經(jīng)過光電耦合器U2和信號調(diào)理單元M2到達CAN驅動器U4，亦可從CAN驅動器U4經(jīng)過光電耦合器Ul和信號調(diào)理單元Ml到達CAN驅動器U3。 如圖1所示，在CAN的隔離中繼器主要有CAN總線驅動器、光電隔離電路和信號處理電路。當數(shù)據(jù)流從左向右傳時，左邊CAN節(jié)點送出的信號經(jīng)過CAN1總線驅動器，信號進入處理電路1中進行處理，保證信號的不失真、不衰減。處理后送入光電隔離電路1中，經(jīng)過電_光_電轉換，然后送入CAN2總線驅動器，最終輸出到右邊的支架壓力檢測器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)從左邊CAN節(jié)點到右邊CAN節(jié)點的傳遞；當數(shù)據(jù)從右向左時，右邊CAN節(jié)點發(fā)送的信號經(jīng)過CAN2總線驅動器，送入信號處理電路2，經(jīng)過信號處理電路2處理，再經(jīng)過光電隔離電路2到達CAN1總線驅動器，最后輸出到左邊CAN節(jié)點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)從右邊CAN節(jié)點到左邊CAN節(jié)點的傳遞。這樣即實現(xiàn)了電源的隔離同時也實現(xiàn)信號的隔離通訊。 通過隔離中繼器，將不同電源供電的CAN節(jié)點分割在不同的網(wǎng)段上，通過光電隔離電路，將不同的網(wǎng)段連成一個網(wǎng)絡，實現(xiàn)信號的傳遞，達到了增加網(wǎng)絡中節(jié)點數(shù)目，延長網(wǎng)絡的有效距離的目的，滿足井下液壓支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡的需求。
權利要求一種用于液壓支架壓力檢測系統(tǒng)的CAN隔離中繼器，其特征在于該隔離中繼器主要包括三大部分第一部分是CAN驅動器，第二部分是光電耦合器，第三部分信號調(diào)理電路；其中左側兩個外接端子分別接CAN1總線驅動器(1)的CANH1與CANL1引腳，CAN1總線驅動器(1)的輸出端接第一信號處理電路(2)，第一信號處理電路(2)的輸出端接第一光電隔離電路(3)，第一光電隔離電路(3)的輸出端接CAN2總線驅動器(4)；右側兩個外接端子分別接CAN2總線驅動器(4)的CANH2與CANL2引腳，CAN2總線驅動器(4)的輸出端接第二信號處理電路(5)，第二信號處理電路(5)的輸出端接第二光電隔離電路(6)，第二光電隔離電路(6)的輸出端接CAN1總線驅動器(1)；第一電源轉換模塊(7)的電源輸出分別接CAN1總線驅動器(1)、第一信號處理電路(2)、第一光電隔離電路(3)、第二光電隔離電路(6)；第二電源轉換模塊(8)的電源輸出分別接第一光電隔離電路(3)、CAN2總線驅動器(4)、第二信號處理電路(5)、第二光電隔離電路(6)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的用于液壓支架壓力檢測系統(tǒng)的CAN隔離中繼器，其特征在于 采用的CAN驅動器為TJA1050，光電隔離器為6N137，隔離中繼器外殼采用金屬制成，內(nèi)部采 用灌封工藝，符合煤礦井下安全規(guī)范。
3. 根據(jù)權利要求2所述的用于液壓支架壓力檢測系統(tǒng)的CAN隔離中繼器，其特征在于 CAN總線驅動器(1)的驅動器U3的1號引腳與第一信號處理單元(2)中的處理單元M1相 連，2號引腳接地，3號引腳與電源+5V1相連，4號引腳與光電耦合器U2的6號引腳相連，6 號和7號引腳經(jīng)過保護二極管D2與地相連，6號引腳與7號引腳之間接匹配電阻R5，8號引 腳經(jīng)過斜率電阻R1接地。
專利摘要用于液壓支架壓力檢測系統(tǒng)的CAN隔離中繼器主要包括三大部分第一部分是CAN驅動器，第二部分是光電耦合器，第三部分信號調(diào)理電路；其中左側兩個外接端子分別接CAN1總線驅動器(1)的CANH1與CANL1引腳，CAN1總線驅動器(1)的輸出端接第一信號處理電路(2)，第一信號處理電路(2)的輸出端接第一光電隔離電路(3)，第一光電隔離電路(3)的輸出端接CAN2總線驅動器(4)；右側兩個外接端子分別接CAN2總線驅動器(4)的CANH2與CANL2引腳，CAN2總線驅動器(4)的輸出端接第二信號處理電路(5)，第二信號處理電路(5)的輸出端接第二光電隔離電路(6)，第二光電隔離電路(6)的輸出端接CAN1總線驅動器(1)。
文檔編號H04B3/36GK201541258SQ20092023352
公開日2010年8月4日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權日2009年7月24日
發(fā)明者于月森, 伍小杰, 吳煒, 周書穎, 左東升, 戴鵬, 王貴峰, 王超, 耿慶娥 申請人:徐州寶迪電氣有限公司;中國礦業(yè)大學