CN201218959Y - Can总线数据记录仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种CAN总线数据记录仪，包括微控制器、实时时钟电路和电源模块，实时时钟电路和电源模块连接在微控制器上；还包括CAN接口电路，微控制器通过CAN接口电路与CAN总线相连接；微控制器上连接有数据记录电路。该CAN总线数据记录仪基于总线式的多功能数据记录仪，它可以集数据采集、存储等功能于一身。
Description
技术领域
本实用新型涉及工程机械电子设备领域，特别是适用于工程机械设备运行时发动机或液压系统的工作状态信息的显示和故障诊断。
背景技术
起重机等工程机械设备运行过程中的工作状态参数，以及这些参数的变化趋势，与它的工作性能和故障状况及其发展趋势密切相关。实时监测工程机械设备的工作状态、发动机状态参数及液压系统数据，连续采集和存贮工作状态参数，利用微处理器强大的计算功能和存贮功能，进行理论计算和统计分析，可以找出工程机械设备的相应故障，为工程机械设备的视情修理提供科学的理论依据，保证工程机械设备的正常与安全生产。
近几年来，国内相继出现了工程机械设备故障诊断产品，但功能较为简单，数据的存储量不大，数据的读取显示不够方便，并且所设定的存储参数相对固定，难以完整地保存数据，以了解工作过程中数据的变化规律，而且当工程机械设备工作状态急剧变化或在故障发生时更不能做到数据的实时准确记录，而且不能够集数据采集、数据显示、故障诊断、报警、打印等功能于一身，也不能够灵活的进行系统的移植和扩充。因此，多功能，高集成，且可以方便灵活的进行系统的移植和扩展将是今后工程机械设备故障诊断系统的发展趋势。
CAN，全称为“Controller Area Network”。CAN总线能有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，具有抗干扰性强和使用可靠等优点，提供高速数据传送，在短距离(40m)条件下具有高速(1Mbit/s)数据传输能力。最初主要应用汽车工业，现在广泛应用于汽车工业、航空工业和工业控制等自动化领域，如分布式环境监测系统、温室环境监控系统、变电站变监测系统等。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于总线式的多功能数据记录仪，它可以集数据采集、存储等功能于一身。
为了解决以上技术问题，本实用新型的CAN总线数据记录仪包括微控制器、实时时钟电路和电源模块，实时时钟电路和电源模块连接在微控制器上；还包括CAN接口电路，微控制器通过CAN接口电路与CAN总线相连接；微控制器上连接有数据记录电路。
本实用新型的有益效果在于：集数据采集、存储以及报警等功能于一身，立足于现场总线技术和微控制器技术，运用微控制器芯片及外围扩展设备，设计具有良好性能的集成电路，使产品具有精度高、操作方便、功能齐全、移植性好等优点；并且利用先进的现场总线技术，多功能、高集成、能够进行灵活的系统移植和扩充，极其方便其与各种工程机械和测试设备相连接。
本实用新型所述的外接输出设备可以包括液晶显示屏或打印机，但不限于此，公知的其他输出设备也可应用于本实用新型。另外，本实用新型还可以连接公知的如键盘、鼠标等输入设备，实现用户对相应参数的人工设定。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型实施例的结构原理示意图；
图2是本实用新型实施例的数据记录电路示意图；
图3是本实用新型实施例的实时时钟电路示意图；
图4是本实用新型实施例的USB-HOST电路示意图；
图5是本实用新型实施例的RS232接口电路示意图；
图6是本实用新型实施例的CAN接口电路示意图；
图7是本实用新型实施例的电源模块电路示意图。
具体实施方式
本实施例主要介绍本实用新型的技术方案应用于起重机上的情况。本实用新型可以应用于其他任何合适的工程机械设备上，例如车辆等，并不限于应用于起重机。
如图1所示，该起重机故障诊断系统由微控制器、FLASH存储器、实时时钟、CAN接口、USB接口、RS232接口、液晶显示屏、打印机和状态指示等几个部分组成，与起重机中的CAN网络相连接，接收CAN总线上传来的数据并附上数据的采集日期和时间一起存入Flash存储器中，还可根据CAN或232总线发送的命令做出相应的操作，同时能将起重机工作状态、发动机工作状态及液压系统数据存进移动硬盘，以便在计算机上进行进一步的分析、显示。
本实用新型对采集进来的数据进行分析，判断相应的起重机工作状态、发动机工作状态及液压系统是否存在故障。根据CAN网络发送的命令，液晶显示屏将相应起重机工作状态、发动机工作状态及液压系统状态或者故障情况进行显示，打印机进行相应信息的打印，在存在故障的情况下扬声器进行报警。现有技术的不足，基于总线式的工程机械设备故障诊断系统，集数据采集、数据显示、数据存储、故障诊断以及报警、打印等功能于一身，立足于现场总线技术和单片机技术，运用先进的单片机芯片及外围扩展设备，设计具有良好性能的集成电路，使产品做到精度高、操作方便、功能齐全、移植性好等特点，最大的优点是先进的现场总线技术，多功能、高集成、能够进行灵活的系统移植和扩充，极其方便其与各种工程机械相连接。
微控制器具有64个数字I/O引脚，片内集成了一个CAN 2.0B控制器，简化了CPU外围电路；数据存储模块采用SAMSUNG公司的易失性闪速存贮器K9F5608UOA，具有8位I/O端口，可以方便地实现地址、数据和命令的多路复用，这样不但大规模降低了引脚数，而且便于系统今后扩充存贮容量而不需改变系统板结构设计。实时时钟模块采用低功耗实时时钟/日历芯片，它可靠性高，可解决传统的并行时钟芯片体积大、引脚多、功耗大、接线复杂的缺点；USB-HOST模块采用USB总线通用接口芯片，具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU/MPU等控制器的系统总线上。在USB主机方式下，还提供了串行通讯方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/DSP/MCU/MPU等相连；RS232选用RS-232收发器接口芯片。它支持EIA/TIA-232和ITU-TV.28/V.24通信协议，适用于便携式设备使用；CAN总线收发器具有差分收发能力，最高速率可达1Mb/s。
如图2所示，U2为FLASH存储器的D0～D7与单片机的P7.0～P7.7相连，再通过上拉电阻连接至3.3V电源正极，命令锁存使能端子CLE与单片机的管脚P6.1相连接，地址锁存使能端子ALE与单片机的管脚P6.2相连接，写使能端子WE与单片机的管脚P4.7相连接，读使能端子RE与单片机的管脚P4.6相连接，片选端子CE1、CE2与单片机的管脚P5.1、P5.2相连接，状态端子R/B1、R/B2与单片机的管脚P3.2、P3.3相连接，电源正极Vcc(12和37管脚)连接到3.3V电源正极，电源地GND(13和36管脚)连接到地，3.3V电源正极和电源地之间连接有去耦电容。CLE和ALE是高电平有效，CE1、CE2低电平有效，WE低电平有效，RE低电平有效。读/写数据时，必须保持CE1、CE2、CLE、ALE等引脚为低电平，即置单片机引脚P5.1、P5.2、P6.1、P6.2为低电平，P5、P6口的其它位不限；写命令字节时，必须保持CE1、CE2、ALE为低电平，CLE为高电平，即置单片机引脚P5.1、P5.2、P6.2为低电平，P6.1为高电平，P5、P6口的其它位不限；写地址字节，必须保持CE1、CE2、CLE为低电平，ALE为高电平，即置单片机引脚P5.1、P5.2、P6.1为低电平，P6.2为高电平，P5、P6口的其它位不限。
图3中，U7为实时时钟芯片，可独立于CPU工作，不受CPU主晶振及其电容的影响，有两个可编程的闹钟和一个可编程的方波输出，主电源掉电后，可自动转换到备用电路工作，实时时钟芯片的串行数据输入、输出端子SDA与单片机的P0.0相连，串行时钟输入端子SCL与单片机的P0.1相连，R9、R10为上拉电阻，备用电源输入端子VBACKUP接至电源3.6V正极，接地端子GND接到电源地，晶振接入端子X1、X2之间接入32.768KHz的XT3晶振。
图4中，U6是USB总线的通用接口芯片，其串行数据输出端子TXD直接接地，使其工作于并口方式，数据线D0～D7与单片机的P7.0～P7.7相连，地址线输入端子A0与单片机的P6.0相连接，读选通输入端子RD与单片机的P4.6相连接，写选通端子WR与单片机的P4.7相连接，中断请求端子ITT与单片机的P0.4相连接，片选端子CS与单片机的P5.0相连接，复位端子RST与单片机的P3.0相连接，复位端子RST与单片机的P3.1相连接，状态端子ACT通过电阻R7和光敏二极管D1电源正极相连接，晶振接入端子XI、XO之间接入1.2MHz的晶振XT2，电源端子VCC和V3接至3.3V电源正极，并接有去耦电容，接地端子GND接到电源地，D+数据线UD+和D-数据线UD-分别接到电源和信号插座J3上，如图4所示，J3的5V电源端子通过电阻R4和熔断器FU接至电源5V上，同时接入去耦电容。读/写USB总线的通用接口芯片的数据时，必须保持CS、A0引脚为低为电平，即置单片机引脚P5.0、P6.0为低电平，P5、P6口的其它位不限。向USB总线的通用接口芯片写命令字节时，必须为低电平，A0必须为高电平，即置单片机引脚P5.0为低电平，P6.0为高电平，P5、P6口的其它位不限。U4为PSD静电放电保护，VD+和VD-接入U4，以确保数据线速度以及数据完整
图5中，RS232总线与单片机相连时需要一个驱动芯片。它支持EIA/TIA-232和ITU-TV.28/V.24通信协议，驱动芯片内部由驱动器、接收器、SIPEX专有电荷泵、自动上线电路四个基本电路块组成，驱动芯片的TTL驱动器输入端子T1IN与单片机的P0.2相连，TTL接收器输出端子R1OUT与单片机的P0.3相连，电荷泵电容正极端子C1+和负极端子C1-之间接入电容，电荷泵反转电容正极端子C2+和负极端子C2-之间接入电容，SHUTDOWN端子接到3.3V电源上以开启自动上线电路和的ONLINE作用，使能端子EN接地，ONLINE端子接地以启动自动上线电路，状态端子STATUS通过电阻R和光敏二极管D电源正极相连接，J4为电源和信号插座。TTL驱动器输出T1OUT和RS-232接收器输入R1IN接入电源和信号插座J4，调节电荷泵产生的+5.5V输出V+和-5.5V输出V-分别接有去耦电容。电源端子VCC接至3.3V电源正极，并接有无耦电容，接地端子GND接到电源地，外部复位输入端子RSTI高电平有效，通过电容接到3.3V电源正极。
图6是CAN接口电路连接图，其中CAN总线收发器的发送数据输入端子D与单片机的CANTX相连接，接收数据输出端子R与单片机的CANRX相连接，斜率电阻输入端子RS接地，电源端子VCC接至3.3V电源正极，接地端子GND接到电源地。
图7中电源控制芯片通过充电，停止充电这样的循环来完成降压。电流由8号引脚提供，4号引脚外接的阻容网络提供频率补偿，内部产生250khz的充电频率。在每个频率段内比较基准电压(1.235V)与采样电压，若采样电压(基准电压则开始充电，由8-1号引脚-电感-负载形成电流回路，若采样电压)基准电压则停止充电，由二极管-电感-负载形成电流回路，循环上述2个状态，完成降压过程。
本实用新型并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本实用新型涉及的技术方案。该描述不应用作穷尽或限定本实用新型的保护范围。基于本实用新型启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本实用新型的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本实用新型的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本实用新型的多种实施方式以及多种替代方式来达到本实用新型的目的。上文讨论的实施方式主要应用于起重机，但本实用新型的保护范围不应仅限于起重机，其他本领域技术人员所能联想到的可以适用的工程机械都可以使用本实用新型所属的总线数据记录仪。
Claims (9)
1.一种CAN总线数据记录仪，包括微控制器、实时时钟电路和电源模块，实时时钟电路和电源模块连接在微控制器上；其特征在于，还包括CAN接口电路，微控制器通过CAN接口电路与CAN总线相连接；微控制器上连接有数据记录电路。
2.如权利要求1所述的CAN总线数据记录仪，其特征在于，微控制器与USB接口电路相连接，微控制器与RS232接口电路相连接，微控制器与状态指示电路相连接。
3.如权利要求1所述的CAN总线数据记录仪，其特征在于，所述数据记录电路中，存储器与微控制器相连，再通过上拉电阻连接至电源正极，命令锁存使能端子与微控制器连接，地址锁存使能端子与微控制器相连接，写使能端子与微控制器相连接，读使能端子与微控制器相连接，片选端子与微控制器相连接，状态端子与微控制器相连接。
4.如权利要求1所述的CAN总线数据记录仪，其特征在于，所述实时时钟电路中，时钟芯片的串行数据输入、输出端子与微控制器相连，串行时钟输入端子与微控制器相连。
5.如权利要求1所述的CAN总线数据记录仪，其特征在于，所述CAN接口电路中，CAN接口芯片的发送数据输入端子与微控制器相连接，接收数据输出端子与微控制器相连接，斜率电阻输入端子接地。
6.如权利要求1所述的CAN总线数据记录仪，其特征在于，所述电源模块中，电源通过肖特基二极管与电源控制芯片电源输入端相连，电源控制芯片与阻容网络相连，电源控制芯片与外部分压电阻相连，电源控制芯片电源输出端与电感相串联后，再与分压电阻相连，并且与地之间连接有去耦电容，电源控制芯片电源输出端与地之间反向并联一肖特基二极管。
7.如权利要求2所述的CAN总线数据记录仪，其特征在于，所述USB接口电路中，USB控制芯片的串行数据输出端子直接接地，使USB控制芯片工作于并口方式，数据线与微控制器相连，地址线输入端子与微控制器相连接，读选通输入端子与微控制器相连接，写选通端子与微控制器相连接，中断请求端子与微控制器相连接，片选端子与微控制器相连接，复位端子与微控制器相连接，复位端子与微控制器相连接，状态端子通过光敏二极管和电阻与电源正极相连接。
8.如权利要求2所述的CAN总线数据记录仪，其特征在于，所述RS232接口电路中，RS232接口芯片的TTL驱动器输入端子与微控制器相连，TTL接收器输出端子与微控制器相连，电荷泵电容正极端子和负极端子之间接入电容，电荷泵反转电容正极端子和负极端子之间接入电容，使能端子接地，状态端子通过光敏二极管和电阻与电源正极相连接。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的CAN总线数据记录仪，其特征在于，微处理器与液晶显示屏或打印机相连接。
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