一种工程机械车辆总线扩展模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种工程机械车辆CAN总线扩展模块，涉及工程机械领域，用以解决现有技术使用的控制器价格昂贵，体积大，接线走线工作量大，点数不能满足要求的问题。扩展模块包括：单片机，以及与单片机分别相连的稳压电源模块，ID、波特率设定电路，DI输入电路，AI输入电路，DO输出电路和CAN总线通讯电路。本实用新型专利技术简化了车辆电气系统、降低了接线和走线工作量、节省了空间、降低了设备成本。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及工程机械领域，特别是涉及一种工程机械车辆CAN总线扩展模块。
技术介绍
在当前的工程机械车辆产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种电子控制系统被开发。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应减少线束的数量，通过多个LAN进行大量数据的高速通信的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。现在CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工程机械等各个方面。工程机械车辆，例如运梁车是专为铁路客运专线建设研制的，用来将箱梁从预制场运输至架梁工位，并与架桥机配合完成相应的架梁作业，属于载重量大的行走工程机械。 运梁车的驾驶室是驾驶人员指挥和操纵整个设备作业的舱室，其功能主要由其内部用于控制各种功能的开关和操纵杆，显示各种状态的指示灯和蜂鸣器构成。运梁车驾驶室内的信号是由开关量输入DI、电压型模拟量输入AI和开关量输出DO组成。开关量输入DI用于指示车辆应工作于何种状态，模拟量输入AI用于采集方向盘及脚踏板的位置，开关量输出DO 用于控制状态指示灯或报警蜂命器的输出。这些信号都要通过CAN总线传入车载主控制器中，由车载主控制器完成对整车的逻辑与算法控制。目前驾驶室信号的采集与传输都是通过将各个信号接入一控制器上，再由该控制器汇总并通过CAN总线和车载控制器通讯的方式。而前述用于采集和传输信号的控制器一般为德国IFM公司型号为CR0020的控制器，存在以下缺点1.现有技术使用的控制器价格昂贵。2.现有技术使用的控制器体积大，接线、走线工作量大。3.现有技术使用的控制器的点数不能满足使用要求。
技术实现思路
本技术提供了一种工程机械车辆CAN总线扩展模块，用以解决现有技术使用的控制器价格昂贵，体积大，接线、走线工作量大，以及点数不能满足使用要求的问题。本技术的工程机械车辆CAN总线扩展模块，包括单片机，以及与所述单片机分别相连的稳压电源模块，ID、波特率设定电路，DI输入电路，AI输入电路，DO输出电路和 CAN总线通讯电路；其中，单片机控制稳压电源模块，ID、波特率设定电路，DI输入电路，AI 输入电路，DO输出电路和CAN总线通讯电路的工作；稳压电源模块，用于提供稳定的电压； ID、波特率设定电路，用于设定所述扩展模块进行CAN总线通讯时的ID和波特率；DI输入电路，用于将开关量输入信号向单片机输入；AI输入电路，用于将模拟量输入信号向单片机输入；DO输出电路，用于将单片机的开关量输出信号输出；CAN总线通讯电路，用于将经单片机处理后的开关量输入信号和模拟量输入信号上传到外部的车载主控制器；以及接收外部车载主控制器的控制信号，并转发给单片机处理为开关量输出信号。进一步，还包括与所述单片机相连的串口通讯模块；串口通讯模块，用于完成单片机与外部计算机之间的通讯，以及下载和调试单片机程序。进一步，单片机的外部复位引脚用于监测电源电压，当电源电压低于上电复位电路的检测门槛电压时，复位逻辑电路；当电源电压重新大于等于电复位电路的检测门槛电压时，延迟预设数值的时钟后，上电复位结束。进一步，串口通讯模块包括第五发光二极管，第五限流电阻通过第五发光二极管与单片机的状态引脚相连；外部设备通过状态引脚控制所述单片机周期性输出低电平，以控制第五发光二极管的亮灭。进一步，稳压电源模块包括电源管理单片集成电路，该电路至少包括第一引脚， 第二引脚和第四引脚；电压经由电源管理单片集成电路的第一引脚输入；降压后由第二引脚输出；第四引脚采集第二引脚的输出电压值并反馈回电源管理单片集成电路；管理单片集成电路根据反馈的所述电压值调整第二引脚的输出电压，使其稳定输出。稳压电源模块还包括第一电容和第十电容作为储能元件，用于稳定输入、输出的电压波形；其中，第一电容的正极连接所述电源管理单片集成电路的第一引脚；第十电容的正极通过第一滤波电感连接所述电源管理单片集成电路的第二引脚，以及所述电源管理单片集成电路的第四引脚；第十电容串联第一滤波电感和第一肖特基二极管；第一肖特基二极管用于电流续流， 并且与第一滤波电感相互配合，以稳定电压输出。稳压电源模块还包括与第十电容串联的第一限流电阻和第六发光二极管，用于指示电源是否工作正常。进一步，ID、波特率设定电路包括至少3位总线ID拨码开关，经组合至少可设置 8种总线ID ；以及至少2位总线波特率拨码开关，经组合至少可设置4种总线波特率。进一步，DI输入电路包括至少2路DI输入，其中任一路DI输入包括一 2位接插件和光电耦合信号隔离器件；所述2位接插件，用于引入车载信号输入；光电耦合信号隔离器件，用于将车载系统信号与单片机系统信号隔离。任一路DI输入的工作过程包括所述 2位接插件有车载信号输入时，光电耦合信号隔离器件的正极和负极间的发光二极管发光， 发射极和集电极导通，使单片机为低电平输入；当所述2位接插件没有车载信号输入时，光电耦合信号隔离器件的发射极和集电极不导通，使单片机为高电平输入。进一步，单片机内置有至少8路10位高速ADC转换器，将其中任一路设置为ADC 转换，以完成所述AI输入电路将模拟量输入信号向单片机输入。进一步，DO输出电路采用控制输出负极的方式。DO输出电路包括单片机DO引脚串联第三电阻后与第一三极管的基极连接，以及串联第二十二上拉电阻后与系统电源连接；第一三极管的发射极与地相连，集电极串联第四限流电阻后与DO输出接插件的第一引脚连接；DO输出接插件的第一脚的常态为悬空状态，当单片机DO引脚输出高电平时，通过上拉第二十二电阻开启第一三极管的基极，其集电极和发射极导通，以控制DO输出接插件的第一脚输出低电平。进一步，CAN总线通讯电路与车载主控制器之间采用高速光耦完全电气隔离；光耦两端电路的电源一并隔离。CAN总线通讯电路包括电源隔离模块、总线控制器、总线收发器和高速光耦隔离；其中，高速光耦隔离将单片机与总线收发器的收与发信号电气隔离， 以及将光耦两端电路的电源一并隔离；单片机的电源通过稳压电源模块提供，CAN总线通讯电路的电源通过所述电源隔离模块提供。专门针对工程机械车辆，尤其是运梁车驾驶室的功能和特点而开发出的运梁车驾驶室CAN总线扩展模块，同样可以完成信号采集输出和通过CAN总线与车载主控制器通讯的功能，并且与使用现有控制器相比，简化了车辆电气系统、降低了接线和走线工作量、节省了空间、大大降低了设备成本。附图说明图1为本技术实施例中的CAN总线扩展模块结构示意图；图2-1为本技术实施例中的串口通讯模块电路图；图2-2为本技术实施例中的单片机外部复位引脚RST部分的电路图；图3为本技术实施例中的状态指示灯工作流程图；图4为本技术实施例中的稳压电源模块电路图；图5为本技术实施例中设定ID和波特率的逻辑图；图6为本技术实施例中设定ID和波特率的流程图；图7为本技术实施例中DI输入电路的电路图；图8为本技术实施例中TLP521-4的内部电路图；图9为本技术实施例中DO输出电路的电路图；图10-1为本技术实施例中总线控制器MCP2515的电路图；图10-2为本技术实施例中总线收发器TJA105本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王大江，张宇，王智勇，张力剑，贾贵青，郭海娟，
申请(专利权)人：秦皇岛天业通联重工股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：