一种基于CAN总线的阵列式频率计的制作方法

一种基于can总线的阵列式频率计
技术领域
1.本实用新型属于频率检测技术领域，特别涉及一种基于can总线的阵列式频率计。


背景技术：

2.工程中常用的沉降监测技术一般分为内部观测和外部观测两类：外部观测以水准仪、全站仪、gps、边坡雷达等设备为主，内部观测为安装埋设各类传感器、并由数据采集设备自动收集处理数据，此类传感器包括vw沉降仪、固定沉降计、hd水平固定测斜仪等，主要通过监测传感器所在的位置发生的沉降判断所监测的端面沉降情况。传统的滑动式测斜仪具有监测点密度大、可重复利用等优点，但需要人工操作，误差较大、不能实时测量，只能进行小变形测量和水平位移监测，无法进行较大变形测量和沉降监测；目前广泛应用的固定使测斜仪通过预设数学模型和固定布设的方式可以实现自动化数据采集、无需人工干预，但测点较少、精度无法保证，且输出的角速度数据受安装深度的影响较大、容易导致计算结果不准确。随着mems(微机电系统)技术的发展以及检测要求的提高，阵列式位移计应运而生，其采用一体化结构，内部监测单元首尾相连、测点密集，可反映各个深度的微小变形。然而，现有的此类阵列式传感器均是采用rs485总线结构进行监测数据传输，传输效率低、无法进行快速数据通信，因而无法进行频率测量。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于can总线的阵列式频率计。
4.本实用新型具体技术方案如下：
5.本实用新型提供了一种基于can总线的阵列式频率计，包括多节依次首尾连接的传感器单元，所述传感器单元包括不锈钢管体，相邻的所述不锈钢管体通过柔性的弯折关节相互连接，所有所述不锈钢管体内均设有高精度三轴mems加速度传感器，所述不锈钢管体包括设在头部的首节管以及多根延伸管，所述首节管内还设有数据处理单元、电源转换单元、can通信单元以及外部通信单元，所有所述高精度三轴mems加速度传感器通过布设在所述不锈钢管体内部的供电线缆以及can总线依次连接。
6.进一步地，每隔100～120个所述传感器单元设有一个can中继器，所述can中继器设在所述不锈钢管体内。
7.进一步地，所述can中继器包括两个can总线控制模块，每个所述can总线控制模块包括一个can收发器、一个与门电路以及一个或门电路，两个所述can收发器的tx引脚与rx引脚相互连接，所述与门电路和所述或门电路交叉并联在所述can收发器的串口上。
8.进一步地，所述can中继器还包括连接电源和所述can总线控制模块的dc/dc电源转换模块。
9.进一步地，所述can收发器的输出端连接有光电隔离模块。
10.进一步地，所述首节管的端部还连接有近端固定节，所述供电线缆穿过所述近端固定节连接外部电源。
11.本实用新型的有益效果如下：本实用新型提供了一种基于can总线的阵列式频率计，包括多节依次首尾连接的传感器单元，传感器单元包括不锈钢管体，相邻的不锈钢管体通过柔性的弯折关节相互连接、内部均设有高精度三轴mems加速度传感器，具体包括设在头部的首节管以及多根延伸管，首节管内还设有数据处理单元、电源转换单元、can通信单元以及外部通信单元，所有加速度传感器通过布设在不锈钢管体内部的供电线缆以及can总线依次连接。该频率计采用柔性关节连接多个传感器单元、构成可变性的传感器组合，能适应工程体测量部位的形状、并能随工程体的振动和变形而发生偏移，通过三轴加速度表征的三维空间向量计算坐标并形成位置曲线、进而实现频率测量，利用can总线实现快速数据通信，并通过can中继提高负载能力、实现超长节数应用。
附图说明
12.图1为实施例所述的基于can总线的阵列式频率计的结构示意图；
13.图2为实施例所述的基于can总线的阵列式频率计的电路示意图；
14.图3为实施例所述的基于can总线的阵列式频率计中can中继的电路原理图；
15.图4为上述can中继中can总线控制模块a的电路图；
16.图5为上述can中继中can总线控制模块b的电路图；
17.图6为上述can中继中dc/dc电源转换模块的电路图；
18.其中：1、传感器单元；2、弯折关节；3、高精度三轴mems加速度传感器；4、首节管；5、延伸管；6、数据处理单元；7、电源转换单元；8、can通信单元；9、外部通信单元；10、can中继器；11、近端固定节。
具体实施方式
19.下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细说明。
20.实施例
21.如图1～2所示，本实用新型实施例提供了一种基于can总线的阵列式频率计，包括多节依次首尾连接的传感器单元1，传感器单元1包括不锈钢管体，相邻的不锈钢管体通过柔性的弯折关节2相互连接，所有不锈钢管体内均设有高精度三轴mems加速度传感器3(优选为adxl355型号的加速度传感器)，不锈钢管体包括设在头部的首节管4以及多根延伸管5，首节管4内还设有数据处理单元6(优选为stm32l431cct6型号的数据处理芯片)、电源转换单元7(优选为tps54062型号的电源转换芯片)、can通信单元8(优选为vp230型号的can通信芯片)以及外部通信单元9(优选为rs485通讯模块)，所有高精度三轴mems加速度传感器3通过布设在不锈钢管体内部的供电线缆以及can总线依次连接。
22.使用时，将传感器单元1在工程体中相应位置上贴壁固定，利用弯折关节2的柔性使之弯折、使各节不锈钢管体依次以相应的角度贴覆在工程体墙壁上，当工程体发生振动或变形时，不锈钢管体就会随之发生位移，高精度三轴mems加速度传感器3检测到其所在的传感器单元1的位移情况、通过can总线传输至首节管4内的can通信单元8，由数据处理单元6进行处理分析，并由外部通信单元9将分析结果发送给外部控制中心进行存储和使用。
23.由于can总线每次只能传输8个字节，因此can总线的应用主要用途是信号控制，在需要密集采集数据的设备中传输效率会受很大影响；因此，采用数据分包传输的策略，把几
百k字节的数据通过程序控制，进行有效合理的分包传输，使用通播形式使所有节点都能快速接收到数据。根据实际使用的需要，可以将单节不锈钢管体的长度设为25、50、100cm几个规格，以适应不同的检测需求。
24.实际应用中，由于can总线的携带能力并不是无限的(通常为120个)，对于需要密集布设传感器或超长距离的应用场景，传统can总线的使用也会受限，因此当需要进行超长距离的检测时，每隔100～120个传感器单元设置一个can中继器10，can中继器10设在不锈钢管体内，通过内置can中继器10提高can总线负载能力，以实现节数扩展，从而满足超长应用场景的使用需求。
25.如图3～6所示，具体实施时，can中继器10包括两个can总线控制模块a和b，每个can总线控制模块包括一个can收发器u3/u2(优选为sn65hvd230型号的can收发芯片)、一个与门电路t2/t1(优选为sn74lvc1g00型号的通用逻辑门芯片)以及一个或门电路t4/t3(优选为u75h32型号的逻辑门芯片)，两个can收发器的tx引脚与rx引脚相互连接，与门电路和或门电路交叉并联在can收发器的串口上。
26.can中继器10在工作时，利用can收发器的收发信号特性，can收发器的tx引脚发送数据时，通过或门电路和与门电路，阻断rx引脚接收到的数据再次发送到can总线上，避免了总线上的数据风暴，使两个can总线结构之间能够实现无延时的发送与接收，从而提高通信效率、降低成本。
27.使用时，can中继器10还可以集成一个连接电源和can总线控制模块11的dc/dc电源转换模块u1(优选为tps54062型号的电源转换芯片)，通过宽压的dc/dc电源转换模块实现电源与can总线并行扩展，解决了各个can节点设备的供电问题。
28.此外，can收发器的输出端还可以连接一个光电隔离模块d7/d6(优选为sm24canb
‑
o2htg型号的esd抑制器)，通过光电隔离模块进行信号的光电隔离，从而增强can总线的抗干扰能力。
29.具体应用中，首节管4的端部还可以设置一个近端固定节11、用于固定在岩壁上，供电线缆穿过近端固定节11连接外部电源。
30.本实施例提供的频率计采用柔性关节连接多个传感器单元、构成可变性的传感器组合，能适应工程体测量部位的形状、并能随工程体的振动和变形而发生偏移，通过三轴加速度表征的三维空间向量计算坐标并形成位置曲线、进而实现频率测量，利用can总线实现快速数据通信，并通过can中继提高负载能力、实现超长节数应用。
31.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。