[實用新型]基于CAN的數字量采集及脈沖信號采集模塊

無效

• 申請號: 200820231599.X
• 申請日: 2008-12-10
• 公開（公告）號: CN201383092Y
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 劉維洋;李礫工;石勇
• 申請（專利權）人: 中國北車股份有限公司大連電力牽引研發中心
• 主分類號: G05B19/048
• 分類號: G05B19/048;B61L23/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司
• 代理人: 安寶貴

技術領域

本實用新型涉及數字量采集及脈沖信號采集的模塊電路，用于機車數字量信號和速度脈沖信號的精度采集與處理，也可應用于一般工業用數字量信號和脈沖信號的采集。

背景技術

近年來隨著工業自動化領域的快速發展，工業現場總線由于其可靠性高、成本低、故障率低等優點使得其應用越來越廣泛，出于成本和通信性能的考慮，CAN總線在工業現場總線中占有很大的比重，尤其是在鐵路機車、輕軌、地鐵等軌道交通領域。

機車速度信號是機車運行中的重要狀態參數，是構成機車閉環調速控制系統必不可少的反饋參量。在機車的防滑/防空轉系統、機車運行狀態監控等裝置中，都需要實時地得到機車的運行速度信號，而且機車速度信號采集的精確度與機車操作的安全性直接相關聯，因此電力機車運行速度信號的正確采集和處理對于機車的控制與操作至關重要。目前機車上普遍采用光電式速度傳感器，該型傳感器通過掃描和輪軸同步的光柵盤，可輸出和速度成線性比例的方波信號。機車速度信號采集系統中，通常的做法是將速度傳感器輸出的脈沖信號進行F/V變換，即頻率-電壓變換，然后通過ADC采集得到速度信息，經過相應的轉換得到機車的速度。但這種處理方法，在機車低速運行時，由于速度傳感器輸出脈沖較少，F/V變換得到的電壓幅度?。欢诟咚贂r，又由于F/V變換的響應速度不夠，導致機車速度采集誤差大和實時性差的缺陷。

CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設計規范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10Km時，CAN仍可提供高達5Kbit/s的數據傳輸速率。CAN協議的2.0A版本規定CAN控制器必須有一個11位的標志符。同時，在2.0B版本中規定，CAN控制器的標志符長度可以是11位或29位。遵循CAN2.0B協議的CAN控制器可以發送和接收11位標識符的標準格式報文或29位標識符的擴展格式報文。如果禁止CAN2.0B，則CAN控制器只能發送和接收11位標識符的標準格式報文，而忽略擴展格式的報文結構，但不會出現錯誤。這為控制系統的信號采集提供了一種通過網絡通信遠程控制的方法。將每一個模塊設定為一個網絡節點，就近安裝在被測對象附近，這樣可以節省大量的連接電纜和其它硬件設備，簡化系統結構，提高系統的功能冗余性和可擴展性，從而提高網絡控制系統的整體性能。

發明內容

本實用新型的提出，目的是在C8051F040單片機上建立一個片上系統，利用C8051F040單片機的采集能力和運算處理能力，利用數字量輸入采集單元及脈沖信號采集單元，以及上電完成自檢測保證采集輸入信號的正確性，來實現全數字化等精度測量，并通過CAN網絡將采集信息傳送給上層主控設備。

本實用新型的技術解決方案是這樣實現的：

一種基于CAN的數字量采集及脈沖信號采集模塊，其特征在于包括MCU主控單元、數字量采集單元、脈沖信號采集單元、上電自檢單元和CAN物理接口單元，其中所述的數字量采集單元采集的指令信號IN1通過二極管D17，電阻R17、R18降壓，穩壓管D1穩壓，光耦U1隔離，U17A反相整形送入MCU主控單元；所述的脈沖信號采集單元采集的信號通過RC濾波接入由運放LM224及電阻R5、R7、R13組成滯回比較電路，A點電壓到達某一定值時，運放LM224輸出翻轉成低電平，A點電壓下降到另一定值時，運放LM224輸出高電平，電壓在倆定值之間時運放LM224輸出電平保持不變；A點電壓由R1、R3分壓所得，B點電壓再通過電阻降壓，通過光耦U2隔離接入主控單元MCU的專用接口P0.0和P0.1；所述的自檢單元，根據主控單元MCU上電后發出的檢測指令，自行檢查各采集電路是否存在故障，并通過CAN網絡將自身檢測結果發送給上層主控設備；所述的CAN總線物理接口由高速光耦和物理層芯片構成，CAN總線發送信號CANTX經過緩沖驅動光耦，輸出信號經過電阻連接到物理層芯片，最終變成差分信號驅動CANH和CANL；總線上的接收信號經過物理層芯片變換成數字信號RXD，RXD輸入連接光耦，輸出送到緩沖芯片。

所述的數字量采集單元包括電阻網絡降壓、濾波及光耦隔離電路，列車司機的指令經降壓、濾波和隔離后，信號被送入MCU主控單元處理。

所述的脈沖信號采集單元，信號經濾波整形電路和降壓隔離電路，送到主控單元的專用接口，實現全數字化的等精度測量。