專利名稱：一種基于現場總線16路開關量測控傳輸器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于計算機技術、電工電子技術和自動化領域，具體涉及一種基于現場總線16路開關量測控傳輸器。
背景技術：
現場總線控制系統技術是20世紀80年代中期在國外上發展起來的一種嶄新的工業控制技術。現場總線(fieldbus)是應用在生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡，是現場通信網絡與控制系統的集成。隨著微處理器與計算機功能的不斷增強和價格的降低，計算機與計算機網絡系統正在迅猛發展和擴大。現場總線可實現整個企業的信息集成，實施綜合自動化，形成工廠底層網絡，完成現場自動化設備之間的多點數字通信，實現底層現場設備之間以及生產現場與外界的信息交換。由于采用現場總線將使控制系統結構簡單，系統安裝費用減少并且易于維護，現場總線技術正越來越受到人們的重視。目前，國際上已經出現的現場總線有幾百種，其中典型的有一定影響并占有一定市場份額的主要有基金會現場總線(FF)、CAN、PROFIBUS、Lonworks、HART 等。現場總線控制系統用于生產過程的自動控制，需要處理一類最基本的數字量輸入輸出信號，即開關量信號，這些信號包括開關的閉合與斷開，指示燈的亮與滅，繼電路或接觸器的吸合與釋放，馬達的啟動與停止，閥門的打開與關閉等，這些信號的共同特征是以二進制的邏輯“I”和“O”出現的。
發明內容本實用新型專利的目 的在于提供一種基于現場總線16路開關量測控傳輸器，具體為8路輸入開關量，8路輸出開關量，克服以往的測量和傳輸開關量信號干擾大而且實時性能不好的缺點，可以通過現場總線把開關量信息傳送到上位機，上位機發出相應指令，完成開關量監控，主要應用于工業生產過程的自動控制，本實用新型由MCU控制器(I)、晶振及第二級硬件看門狗電路(2)、CAN總線電路(3)、或門一(4)、緩沖器(5)、或門二(6)、鎖存器(7)、光電隔離器一(8)、光電隔離器二(9)、電源電路(10)組成。它們的連接關系是:晶振及第二級硬件看門狗電路(2 )和MCU控制器(I)連接，CAN總線電路(3 )和MCU控制器(I)連接，或門一(4)和MCU控制器(I)連接，緩沖器(5)和或門一(4)、MCU控制器(I)、光電隔離器一(8)連接，或門二(6)和MCU控制器(I)連接，鎖存器(7)和或門二(4)、MCU控制器(I)、光電隔離器二(9)連接，電源電路(10)給MCU控制器(I)、晶振及第二級硬件看門狗電路(2)、CAN總線電路(3)、或門一(4)、緩沖器(5)、或門二(6)、鎖存器(7)、光電隔離器一(8)、光電隔離器二(9)供電。所述CAN總線電路(3)選用CAN現場總線,CAN (Controller AreaNetwork控制器局域網)總線最初是由德國的BOSCH公司為汽車監測、控制系統而設計的一種串行數據通信多主機局域網，CAN現場總線是一種普及率很高現場總線(fieldbus)，直接通信距離最遠可達IOkm,速率5Kbps以下,通信速率最高可達IMbPs,此時通信距離最長為40m，節點目前可達110個，通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖。所述MCU控制器(I)選用PHILIPS公司采用先進的COMS工藝制造的高性能8位P80C592單片機，該單片機的指令集與80C51完全兼容，但在80C51標準特性的基礎上又增加了一些對于應用具有重要作用的硬件功能，該器件具有下列特性:帶有80C51中央處理單元(CPU);帶2X256KB的片內RAM，外部可擴展至64KB ;具有兩個標準的16位定時器/計數器；新增一個包括四個捕獲和三個比較寄存器的16位定時器/計數器；具有8路模擬量輸入的10位ADC變換器；帶有兩路分辨率為8位的脈沖寬度調制輸出；具有兩級優先權的15個中斷源(可以有2 6個外部中斷源);具有五組8位I/O端口和一組與ADC模擬量輸入共用的8位輸入口 ；帶有與內部RAM進行DMA數據傳送的CAN控制器；內含具有總線故障管理功能的IMbps CAN控制器；VDD/2基準電壓；具有與標準80C51兼容的全雙工UART模式；帶有在片監視跟蹤定時器(WDT);時鐘頻率為1.2MHz 16MHz，P80C592本身自有CAN總線控制器，故不需要外加CAN總線控制器。所述晶振及第二級硬件看門狗電路(2)包括第二級硬件看門狗芯片(2-1)、晶振(2-2)、電容Cl、電容C2，第二級硬件看門狗芯片(2-1)選用X25045芯片，X25045芯片的SO引腳和MCU控制器(I)的Pl.1引腳連接，X25045芯片的SI引腳和MCU控制器(I)的Pl.0引腳連接，X25045芯片的SCK引腳和MCU控制器(I)的Pl.3引腳連接，X25045芯片的CS弓I腳和MCU控制器(I)的Pl.2引腳連接，晶振(2-2)的一端和MCU控制器(I)的XTALl弓丨腳連接后再和電容Cl連接，晶振(2-2)的另一端和MCU控制器(I)的XTAL2引腳連接后再和電容C2連接。所述CAN總線電路(3 )包括光電耦合器一(3-1)、光電耦合器二( 3_2 )、CAN總線收發器(3-3)、防雷擊管一(3-4)、防雷擊管二(3-5)、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C3、電容C4、CAN總·線節點(3-6)。光電耦合器選用高速光耦隔離6N137芯片，在此用2片6N137芯片，MCU控制器(I)的TXDC引腳通過電阻Rl和一片6N137光電耦合器一(3_1)芯片IN引腳連接，MCU控制器(I)的RXDC引腳和另一片6N137光電耦合器二(3_2)芯片OUT引腳連接，CAN總線收發器(3-3)選用TJA1050芯片，一片6N137光電耦合器一(3_1)芯片OUT引腳連接TJA1050芯片TXD引腳，另一片6N137光電耦合器二(3_2)芯片IN引腳通過電阻R2連接TJA1050芯片RXD引腳，TJA1050芯片的CANH引腳通過電阻R3、電容C3、防雷擊管一(3-4)與CAN總線節點(3-6)相連，TJA1050芯片的CANL引腳通過電阻R4、電容C4、防雷擊管二(3-5)與CAN總線節點(3-6)相連。所述緩沖器(5)采用74LS244芯片，MCU控制器(I)的P2.7引腳和MCU控制器(I)的RD引腳經過或門一(4)后和緩沖器(5)的IG引腳、2G引腳連接，緩沖器(5)的輸入端口和光電隔離器一(8)連接，緩沖器(5)的輸出端口和MCU控制器(I)的數據端口連接。所述鎖存器(7)采用74LS273芯片，MCU控制器(I)的P2.6引腳和MCU控制器(I)的WR引腳經過或門二(6)后和鎖存器(7)的CLR引腳、CLK引腳連接，鎖存器(7)的輸入端口和MCU控制器(I)的數據端口連接，鎖存器(7)的輸出端口和光電隔離器二(9)連接。本實用新型工作原理:開關量通過光電隔離器一(8)、緩沖器(5)，把采集的信息傳送到MCU控制器(I)的數據端口，MCU控制器(I)經過CAN總線電路(3)把采集的信息傳輸上位機；上位機通過CAN總線電路(3)把開關量控制信息傳輸MCU控制器(1)，MCU控制器(I)通過鎖存器(7)、光電隔離器而(9)把開關量控制信息傳輸到現場。[0011]本實用新型具有電路簡單高效、信息傳送智能化、抗干擾能力強、實時性能好、工程量小、電纜線少、便于應用、成本低的特點。
圖1為本實用新型系統的結構示意圖。圖2為本實用新型晶振及第二級硬件看門狗電路和MCU控制器連接的示意圖。圖3為本實用新型CAN總線電路和MCU控制器連接的示意圖。圖4為本實用新型緩沖器及鎖存器和MCU控制器連接的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進一步詳細說明。圖1為本實用新型的結構示意圖，由MCU控制器(I)、晶振及第二級硬件看門狗電路(2)、CAN總線電路(3)、或門一(4)、緩沖器(5)、或門二(6)、鎖存器(7)、光電隔離器一
(8)、光電隔離器二(9)、電源電路(10)組成；圖2為本實用新型晶振及第二級硬件看門狗電路(2 )和MCU控制器(I)連接的示意圖，MCU控制器(I)選用PHILIPS公司采用先進的COMS工藝制造的高性能8位P80C592單片機，MCU控制器(I)本身有看門狗，為了加大抗干擾設計了第二級硬件看門狗電路(2)，X25045芯片的SO引腳和MCU控制器(I)的Pl.1引腳連接，X25045芯片的SI引腳和MCU控制器(I)的Pl.0引腳連接，X25045芯片的SCK引腳和MCU控制器(I)的Pl.3引腳連接，X25045芯片的否引腳和MCU控制器(I)的Pl.2引腳連接，晶振(2-2)的一端和MCU控制器(I)的XTALl引腳連接后再和電容Cl連接，晶振(2_2)的另一端和MCU控制器(I)的XTAL2引腳連接后再和電容C2連接；圖3為本實用新型CAN總線電路(3 )和MCU控制器(I)連接的示意圖；圖4為本實用新型緩沖器(5 )及鎖存器(7 )和MCU控制器(I)連接的示意圖，采集的開關量信息傳送到MCU控制器(I)的數據端口 ；MCU控制器(I)的開關量控制信息，通過鎖存器(7)、光電隔離器二(9)傳輸到現場。要完成16路開關量測控的傳輸還需要相應的軟件，軟件有MCU控制器(I)初始化程序、CAN節點的初始化程序 、報文發送程序和報文接收程序。
權利要求1.一種基于現場總線16路開關量測控傳輸器，其特征在于，晶振及第二級硬件看門狗電路(2 )和MCU控制器(I)連接，CAN總線電路(3 )和MCU控制器(I)連接，或門一(4 )和MCU控制器(I)連接，緩沖器(5)和或門一(4)、MCU控制器(I)、光電隔離器一(8)連接，或門二(6)和MCU控制器(I)連接，鎖存器(7)和或門二(4)、MCU控制器(I )、光電隔離器二(9)連接，電源電路(10)給MCU控制器(I)、晶振及第二級硬件看門狗電路(2)、CAN總線電路(3)、或門一(4)、緩沖器(5)、或門二(6)、鎖存器(7)、光電隔離器一(8)、光電隔離器二(9)供電。
2.如權利要求1所述的一種基于現場總線16路開關量測控傳輸器，其特征在于，所述的晶振及第二級硬件看門狗電路(2)包括第二級硬件看門狗芯片(2-1)、晶振(2-2)、電容Cl、電容C2，第二級硬件看門狗芯片(2-1)選用X25045芯片，X25045芯片的SO引腳和MCU控制器(I)的Pl.1引腳連接，X25045芯片的SI引腳和MCU控制器(I)的Pl.0引腳連接，X25045芯片的SCK引腳和MCU控制器(I)的Pl.3引腳連接，X25045芯片的CS弓I腳和MCU控制器(I)的Pl.2引腳連接，晶振(2-2)的一端和MCU控制器(I)的XTALl弓丨腳連接后再和電容Cl連接，晶振(2-2)的另一端和MCU控制器(I)的XTAL2引腳連接后再和電容C2連接。
3.如權利要求1所述的一種基于現場總線16路開關量測控傳輸器，其特征在于，所述的緩沖器(5 )采用74LS244芯片，MCU控制器(I)的P2.7引腳和MCU控制器(I)的RD引腳經過或門一(4)后和緩沖器(5)的IG引腳、2G引腳連接，緩沖器(5)的輸入端口和光電隔離器一(8)連接，緩沖器(5)的輸出端口和MCU控制器(I)的數據端口連接。
4..如權利要求1所述的一種基于現場總線16路開關量測控傳輸器，其特征在于，所述的鎖存器(7 )采用74LS273芯片，MCU控制器(I)的P2.6引腳和MCU控制器(I)的WR引腳經過或門二( 6 )后和鎖存器(7 )的CLR引腳、CLK引腳連接，鎖存器(7 )的輸入端口和MCU控制器(I)的數據端 口連接，鎖存器(7)的輸出端口和光電隔離器二(9)連接。
專利摘要一種基于現場總線16路開關量測控傳輸器，具體為8路輸入開關量，8路輸出開關量，屬于計算機技術、電工電子技術和自動化領域。包括MCU控制器(1)、晶振及第二級硬件看門狗電路(2)、CAN總線電路(3)、或門一(4)、緩沖器(5)、或門二(6)、鎖存器(7)、光電隔離器一(8)、光電隔離器二(9)、電源電路(10)。電源電路(10)給器件和電路供電，可以和上位機通訊。優點在于簡單高效、智能化、抗干擾強、實時性好、成本低的特點。
文檔編號G05B19/418GK203149376SQ20132013418
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月23日 優先權日2013年3月23日
發明者姜重然, 翟洪波, 蔣野, 蘇彥哲, 溫世勇, 何建華, 周睿, 王衛, 尹秋月 申請人:佳木斯大學