专利名称：一种基于EmCAN协议的CAN总线智能数据采集控制设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动化控制过程中数据测量与控制领域，特别涉及一种基于CAN总线的智能数据采集控制设备。
技术背景 自动化控制过程中数据测量与控制领域包括各类电子测量系统，数据采集和控制系统，自动测量及控制系统，生产过程控制系统等。智能数据采集控制设备是在现有数据采集和控制系统设备基础上加入了基于CAN总线的EmCAN协议，从而实现数据采集控制设备的智能化和高速可靠性。数据采集控制设备在运行过程中，其稳定性、可靠性和数据的高速传输性是采集控制过程中很重要的参数，现有的数据采集控制设备对运行都要求具有一定的稳定性和可靠性，但在一些特殊行业中，不仅对数据采集控制设备的稳定和可靠性提出更高要求，而且对高速传输性也提高要求，如工业控制、航空航天，测量分析等。因此需要进一步提高数据采集控制设备的稳定性和可靠性，尤其在数据的高速处理上，更应进一步得到提高和发展。
实用新型内容本实用新型主要解决的技术问题是通过设计一种基于EmCAN协议的CAN总线智能数据采集控制设备，其特征在于，所述智能数据采集控制设备包括核心系统单元，用以加载EmCAN协议；CAN总线控制单元，用以传送EmCAN协议；信号隔离及采集控制单元，用以遵守EmCAN协议的；其中所述核心系统单元与CAN总线控制单元电连接，所述核心系统单元与所述信号隔离及采集控制单元电连接。进一步的，所述核心系统单元内含LPC2109或LPC1756芯片。进一步的，所述CAN总线控制单元内含主控制器部件、CAN通信部件以及隔离电源部件。进一步的，所述信号隔离及采集控制单元内含信号隔离部件、采集控制部件以及电源隔离部件。进一步的，还包括采集控制量程设定单元和采集控制设备电源单元。
图I为基于EmCAN协议的CAN总线智能数据采集控制设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的，内容和优点更加清楚，
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细描述，包括本实用新型的EmCAN协议的硬件实施方案。基于EmCAN协议的核心系统单元，其单元内存中各参数的定义按照EmCAN通信协议确定。具体硬件结构如图I中的100所示，以下I至2项为核心系统单元中的EmCAN通信协议帧信息实施方式，3-6项为核心系统单元收发数据的实施格式。CAN总线是现场总线的一种，在CAN总线的技术规范中，只规定了 CAN的数据链路层和物理层两层，通信协议层面没有规定，用户在设计通信软件时，必须先根据需求设计合适的CAN总线通信协议，才能完成数据传输的准确性和可靠性。尤其用户在自行开发整个硬件系统时，必须根据实际设备状态设计出适合自己硬件体系的CAN总线通信协议。目前，CAN总线通信协议领域中，主要被国外的大公司控制,例如CAN0pen、CANaerospace、DeviceNet等，国内大部分用户使用的自动化设备都是基于这些国外大公司的技术协议，限制了针对不同硬件环境下的通信灵活性。这些国外大公司定制的CAN协议，由于考虑的设备型号繁多，适应性广泛而变得非常复杂，采用这些复杂定制的CAN总线协议，会对自主开 发的设备造成通信资源的浪费，影响着设备的稳定性和可靠性，同时限制了数据高速的传输性能，用户在应用时也会觉得很不方便，所以需要在国内自主研发的硬件环境中定制符合自身软硬件特点的CAN总线通信协议。EmCAN协议就是为了适应本项实用新型的数据采集控制设备而定制的技术方案，具有高稳定性、高可靠性、同时保证数据的高速传输性能。EmCAN协议的核心思想是把每一个采集控制设备看作为一块独立内存空间，这个空间由核心系统单元管理并进行读写转换操作，这个硬件单元里有通信参数、运行诊断码、实时输入输出数据、过滤节点参数等。基于EmCAN协议的核心系统单元，主要由LPC2109、LPC1756等芯片部件组成。I. EmCAN通信协议扩展帧数据格式定义见下表所示。
——7 I 6 I~ 432~[ I P~O-~
字节~Γ空硕来源^读写位设备节点通信髙地址
字节2设备节点通信低地址L __诊断码数据地址页ROM, RAM等内存
字节3__页地址内数据起点高地址__页地址内数据起点低地址_
—字节4ID尾字节(根据帧来源确定4发送数据还是请求数据长度)2. EmCAN通信协议标淮帧数据格式定义见下表所示。
j7 I 6 5 I 4~~~3 P2 [~~1 I O
'一~字节I空地址区域类型(I 15)
字节2同上丨设备节点通信地址“01 to7F)3.数据采集控制设备核心系统单元发送扩展帧实施方式举例101A04D0D1D2D3D4D5D6D7D8(扩展帧数据长度 LEN = 8)说明设备地址为01的节点向总线发送其内部第I页第AO地址起的9个字节(也可以少于9字节)。这个扩展帧可以是主动发送的，也可以由管理者请求其发送的，总线上其它的设备节点，可以通过过滤机制得到这些数据。4.管理者请求读设备核心系统单元内的数据帧实施方式举例0011A00F (扩展帧数据长度LEN = O)[0027]说明管理者向地址为01的设备节点请求其向总线发回其内部第I页第AO地址起16个数据。设备节点响应后，发两个数据帧，第一个数据帧为9字节，第2个数据帧为7字节。对于每个扩展帧包来说，数据长度小于9字节时只发一个数据帧就够了。5.管理节点向数据采集控制设备核心系统单元写数据的扩展帧实施方式举例0811A004D0D1D2D3(扩展帧数据长度 LEN = 4)说明管理者向地址为01的节点设备写入4个 数据(最多可以写入8个字节)，写入的设备节点地址为其内部第I页第AO地址起4个数据地址内。6.设备核心系统单元按设定时间周期向CAN总线发送的标准帧实施方式举例101D0D1D2D3D4D5D6(扩展帧数据长度 LEN = 7)说明设备地址为01的节点向总线主动周期发送其内部ROM区第I个8字节区里的前7个字节(最多为8个字节)。这个帧是主动发送的，间隔时间在ROM区中定义，通常定义为O. I秒。本实用新型所提出的CAN总线控制单元主要由主控制器部件、CAN通信部件、隔离电源部件连接组成，具体硬件结构如图I中的200所示，主控制器由ADUM1201芯片部件组成，用于与核心系统单元进行EmCAN协议的数据传输。CAN通信芯片主要由SN65HVD230芯片部件组成，用于信号的电压转换发送，隔离电源芯片主要由隔离电源模块部件组成，为主控制器和CAN通信芯片提高稳定的直流电源。与CAN总线控制单元相连的有抗干扰单元，硬件结构如图I中的201所示，主要由电阻及电容等元件构成。本实用新型所提出的信号隔离及采集控制单元由信号隔离部件、电源隔离部件、采集控制部件连接组成，具体硬件结构如图I中的300所示，信号隔离单元由ADUM1250，S327等芯片部件组成，采集控制单元中数据采集输入输出主要由AD7712、ADS1110、ADG508、ADG509、LTC2109等芯片部件组成，外界采集控制信号输入至抗干扰单元后进入采集控制单元，如图I中的301所示，通过信号隔离单元后进行数模转换，并进入核心系统单元进行处理。隔离电源芯片主要由隔离电源模块部件组成，为信号隔离单元和采集控制单元提高稳定的直流电源。与信号隔离及采集控制单元相连的有采集控制抗干扰单元，硬件结构如图I中的301所示，抗干扰单元由自恢复保险管与瞬态抑制稳压管等部件组成。本实用新型所提出的采集控制量程设定单元由基准电压部件、量程设定部件等组成，具体硬件结构如图I中的400所示，基准电压部件提供高精度的测量基准量程校准值，量程设定部件主要由LT1790芯片、0P1117芯片、贴片继电器等部件组成，本单元主要为数据采集控制的信号提供量程转换设定功能。本实用新型所提出的采集控制设备电源单元由电源转换部件组成，具体硬件结构如图I中的500所示，主要由LM2575、LM1117芯片等部件组成，本单元主要为数据采集控制各个单元及部件提供直流电源。
权利要求1.一种基于EmCAN协议的CAN总线智能数据采集控制设备，其特征在于，所述智能数据采集控制设备包括 核心系统单元，用以加载EmCAN协议； CAN总线控制单元，用以传送EmCAN协议； 信号隔离及采集控制单元，用以遵守EmCAN协议的； 其中所述核心系统单元与CAN总线控制单元电连接，所述核心系统单元与所述信号隔离及采集控制单元电连接。
2.如权利要求I所述的基于EmCAN协议的CAN总线智能数据采集控制设备，其特征在于所述核心系统单元内含LPC2109或LPC1756芯片。
3.如权利要求I所述的基于EmCAN协议的CAN总线智能数据采集控制设备，其特征在于所述CAN总线控制单元内含主控制器部件、CAN通信部件以及隔离电源部件。
4.如权利要求I所述的基于EmCAN协议的CAN总线智能数据采集控制设备，其特征在于所述信号隔离及采集控制单元内含信号隔离部件、采集控制部件以及电源隔离部件。
5.如权利要求I所述的基于EmCAN协议的CAN总线智能数据采集控制设备，其特征在于还包括采集控制量程设定单元和采集控制设备电源单元。
专利摘要本实用新型涉及自动化过程中的数据采集及控制领域，是一种基于EmCAN协议的CAN总线智能数据采集控制设备，特别涉及在设备核心系统内存中加载EmCAN协议的采集控制设备，其包括核心系统单元，用以加载EmCAN协议；CAN总线控制单元，用以传送EmCAN协议；信号隔离及采集控制单元，用以遵守EmCAN协议的；其中所述核心系统单元与CAN总线控制单元电连接，所述核心系统单元与所述信号隔离及采集控制单元电连接。保证在稳定性和可靠性的前提下，实现数据的高速传输性能，尤其能够实现主动传输及运行诊断的一种新型的硬件技术，完成各类远程或近程的模拟量或数字量输入输出的采集控制任务。
文档编号G05B19/04GK202486533SQ20122003384
公开日2012年10月10日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者宋志宇 申请人:宋志宇