一种基于CAN总线的多功能数据采集模块的制作方法

本发明涉及采煤机领域，具体涉及一种采煤机用的基于CAN总线的多功能数据采集模块。

背景技术：

采煤机各电机的温度采集在电机保护上至关重要。现有技术中，采煤机各电机的温度采集方式一般是将温度传感器（PT100）的电阻值通过温度变送模块转换成电流信号输入到控制器中，或者采用特殊PLC功能模块（如三菱的4AD-PT模块）。同时，湿度和倾角的采集是通过湿度传感器或者倾角传感器采集数据转化成电流信号输入到PLC功能模块或者控制器中，湿度和倾角等数据还需单独的模块采集处理。上述两种数据传输和处理方式一方面集成度不高，占用了太多的控制器输入口，另一方面布线繁琐且抗干扰差，同时成本较高。

技术实现要素：

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，以提高采集数据的精度和响应速度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，包括温度采集和调理电路、第一AD转换模块、隔离输入输出模块、单片机、湿度传感器、倾角传感器、CAN接口隔离模块和电源隔离模块，所述温度采集和调理电路的输入端与温度传感器连接，所述温度采集和调理电路的输出端和第一AD转换模块的输入端连接，第一AD转换模块的输出端通过隔离输入输出模块与单片机的输入端连接，所述温度传感器和倾角传感器的输出端与单片机的输入端连接，所述单片机的输出端通过所述CAN接口隔离模块与采煤机控制器连接，所述单片机用于将温度数据、湿度数据和倾角数据打包后，通过所述CAN接口隔离模块发送到采煤机控制器，所述电源模块用于给所述单片机、CAN接口隔离模块、第一AD转换电路模块、温度采集和调理电路供电。

所述的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，还包括总线终端电阻设置开关、总线波特率设置拨码开关和物理站号设置拨码开关，所述总线终端电阻设置开关、总线波特率设置拨码开关，和物理站号设置拨码开关与单片机连接。

所述的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，还包括第二AD转换电路，所述温度传感器和倾角传感器的输出端通过所述第二AD转换电路与单片机的输入端连接。

所述的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，还包括看门狗，所述看门狗和单片机连接。

所述电源模块包括缓冲电路、第一电源转换模块、第二电源转换模块、第一电源隔离模块和第二电源隔离模块，外接直流电源经所述缓冲电路后与所述第一电源转换模块的输入端连接，所述第一电源转换模块将外接直流电源转换为V直流电源后分别输出到所述第二电源转换模块、第一电源隔离模块和第二电源隔离模块，所述第二电源转换模块将V直流电压转换为.V后给所述单片机供电，第一电源隔离模块将V直流电压转换为V本安电源后给所述CAN接口隔离模块供电，所述第二电源隔离模块将V直流电压转换为V本安电源后给所述温度采集和调理电路以及所述第一AD转换模块供电。

所述的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，包括8路温度采集和调理电路，所述8路温度采集和调理电路用于采集8个温度传感器的输入信号，并经过放大滤波处理后输出到所述第一AD 转换模块。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提出了一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，通过将温度采集，湿度采集和倾角采集集成与一体，对数据进行打包后通过CAN总线输出到控制器的输入口，其解决了多种数据端口占用控制器输入端口的问题，不占用控制器的输入端口，大大减少布线数量，布线简单，提高了系统的稳定性。而且体积小，结构稳定，兼容性强。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块的电路连接图；

图2为本发明实施例提供的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块的数据处理流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，包括温度采集和调理电路1、第一AD转换模块2、隔离输入输出模块3、单片机4、湿度传感器5、倾角传感器6、CAN接口隔离模块7和电源隔离模块8，所述温度采集和调理电路1的输入端与温度传感器连接，所述温度采集和调理电路1的输出端和第一AD转换模块2的输入端连接，第一AD转换模块2的输出端通过隔离输入输出模块3与单片机4的输入端连接，所述温度传感器5和倾角传感器6的输出端与单片机4的输入端连接，所述单片机4的输出端通过所述CAN接口隔离模块7与采煤机控制器连接。所述单片机1用于将温度数据、湿度数据和倾角数据打包后，通过所述CAN接口隔离模块7发送到采煤机控制器，所述电源模块8用于给所述单片机4、CAN接口隔离模块7、第一AD转换电路模块2、温度采集和调理电路1供电。

本发明实施例提供的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，可以将将温度传感器（PT100）的电阻值、以及湿度传感器和倾角传感器采集到的湿度、倾斜角度测量值转换成数字量并打包精辟通过CAN总线传送到采煤机控制器或者PLC。温度传感器将采集的电阻值经过温度采集和调理电路1进行滤波处理运算放大器传入第一AD转换模块3，通过第一AD转换模块将数据传送给单片机4；倾角传感器6分别监测水平、竖直方向的倾斜角度；同时，湿度传感器也将采集板所处环境的湿度数据传送给单片机4，单片机模块将以上所有数据处理打包后传送给CAN接口隔离模6发送出去。其中，温度处理时，通过单片机模块将电阻与温度值进行转换处理，确保了温度值的准确性，其次将8路处理过的温度数据通过CAN 总线隔离模块发送出去，不占用控制器的输入端口，大大减少布线数量，提高了系统的稳定性。

其中，单片机主芯片的型号可以为PIC16F1824，CAN接口隔离模块具有电源和信号隔离的功能，提供差分发射能力和差分接收能力，信号传输速率高达1兆位每秒 (Mbps)，其主芯片可以为美国德州仪器的ISO1050。

进一步地，本实施例的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，还包括可以总线终端电阻设置开关9、总线波特率设置拨码开关10和物理站号设置拨码开关11，所述总线终端电阻设置开关9、总线波特率设置拨码开关10，和物理站号设置拨码开关11与单片机4连接。当总线终端电阻设置开关拨到ON时，CAN总线上会自带120欧姆的电阻，量程为0-200℃。波特率设置为1M、500K、800K、250K、125K、100K、50K、20K。

进一步地，本实施例的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，还可以包括第二AD转换电路12，所述温度传感器5和倾角传感器6的输出端通过所述第二AD转换电路12与单片机4的输入端连接。

进一步地，本实施例的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，还可以包括看门狗13，所述看门狗13和单片机4连接。

进一步地，如图1所示，所述电源模块8可以包括缓冲电路801、第一电源转换模块802、第二电源转换模块803、第一电源隔离模块804和第二电源隔离模块805，24V直流电源经所述缓冲电路801后与所述第一电源转换模块802的输入端连接，所述第一电源转换模块802将24V直流电源转换为5V直流电源后分别输出到所述第二电源转换模块803、第一电源隔离模块804和第二电源隔离模块805，所述第二电源转换模块803将5V直流电压转换为3.3V后给所述单片机4供电，第一电源隔离模块804将5V直流电压转换为5V本安电源后给所述CAN接口隔离模块7供电，所述第二电源隔离模块805将5V直流电压转换为5V本安电源后给所述温度采集和调理电路1以及所述第一AD转换模块2供电。其中，第一和第二电源隔离模块可以采用金升阳公司的B0505隔离芯片，其输入输出之间的隔离电压为1000VDC，采用DIP封装，效率高达80%，具有温度特性好、外围器件简单等特点。通过在电源模块中设置电源隔离模块，可以将本实施例的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块转换为本安电路。

所述的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块包括8路温度采集和调理电路，所述8路温度采集和调理电路用于采集8个温度传感器的输入信号，并经过放大滤波处理后输出到所述第一AD 转换模块2。其中，8路温度采集和调理电路采集三线制PT100的温度信号，同时也可以采集两线制温度传感器的温度信号。

本实施例的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块，按本安电路设计，输入为8路三线制PT100，输出为CAN2.0A。内置环境温度、湿度和倾斜角度的检测。工作电源为DC9-30V。该多功能数据采集模块解决了传统温度检测精度的问题，同时8路温度、湿度、倾角数据通过CAN总线输出，不再占用控制器的输入口，体积小，结构稳定，布线简单，兼容性强。

如图2所示，为本发明实施例的一种基于CAN总线的多功能数据采集模块的数据处理流程图。该数据采集模块的程序部分主要包括温度处理子程序、湿度处理子程序、倾角处理子程序和CAN数据发送子程序。

本发明的实施例还可通过CAN总线设置倾角的基准点。由于电子板在放置的时候，不一定水平和垂直，存在一定的误差，为了消除初始安装的倾角影响，可采用当前的倾角作为零点。处理方式是电子板固定后，采煤机控制器通过CAN总线发送0x55指令至电子板，电子板会自行以目前的水平和垂直倾角作为零点。电子板有六个面，在放置时存在六个安装方向的可能，而为了统一输出数据格式，本模块具有模式设置功能。即电子板安装好后，采煤机控制器根据安装方向发送输出相应的模式指令给多功能采集模块。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。