一种基于CAN总线的悬索桥除湿控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于CAN总线的悬索桥除湿控制系统，包括通过CAN总线连接的一体化数据采集箱、除湿设备和CAN转以太网，以及与CAN转以太网通过以太网通讯连接的上位机；所述一体化数据采集箱包括主控芯片，分别与之连接的CAN通信模块，电源模块，安装在进、排气夹处的传感器，以及控制进、排气夹开关的电磁阀；且该一体化数据采集箱将采集到的传感器数据通过CAN总线发送给上位机和除湿设备。改变了传统光纤通信、RS485通信和电力载波通信，使得整个桥梁除湿系统更加稳健，各节点之间数据交互更加容易，实时性更强，控制更方便。

A dehumidification control system of suspension bridge based on CAN bus

The invention discloses a suspension bridge based on dehumidification control system of CAN bus, including the integration of the data collection box, connected by CAN bus and dehumidification equipment CAN to Ethernet, and CAN to Ethernet through the Ethernet communication with PC; the integrated data collection box comprises a main control chip, CAN communication module, respectively. The connection of the power module, sensor installed in the inlet and exhaust clip, and control the intake and exhaust clamp switch electromagnetic valve; and the integrated data collection box sensor data collected through the CAN bus to send to the host machine and dehumidification equipment. The traditional optical fiber communication, RS485 communication and power line carrier communication have been changed, which makes the whole bridge dehumidification system more stable, and the data interaction among nodes is easier, more real-time and easier to control.

【技术实现步骤摘要】
一种基于CAN总线的悬索桥除湿控制系统
本专利技术涉及一种悬索桥除湿系统，尤其涉及一种基于CAN总线的悬索桥除湿控制系统，属于智能控制

技术介绍
钢结构的防腐蚀性能是由其使用环境所决定的，而湿度是决定钢材腐蚀速度的一个重要因素，当钢结构在相对湿度在60%以下时，腐蚀速度是非常缓慢的。目前，桥梁的使用环境恶劣，多为高温潮湿的环境，为保证桥梁的使用寿命，悬索桥主缆和钢箱梁结构普遍采用除湿系统来控制湿度达到防腐保护的目的，即通过不断去除空气中水蒸气的含量，来避免在钢构表面形成水膜致使结构腐蚀。而整个除湿效果完全取决于控制系统，对于千米跨悬索桥而言，其主缆上送(排)气夹出传感器、阀门和除湿设备距离比较远，除湿控制系统主要采用有下几种通信方式：1、RS485通信：南京四桥就是采用此种方式通信。该通信方式相比CAN总线有以下主要缺点：1-1、速度与距离：CAN与RS485以1Mbit/s的高速率传输的距离差不多，但是在低速时CAN以5Kbit/s时，距离可达10Km，而RS485再低的速率也只能到1219米左右（都无中继），可见CAN在长距离的传输上拥有绝对的优势。1-2、总线利用率：RS485是单主从结构，就是一个总线上只能有一台主机，通讯都由它发起的，它没有下命令，下面的节点不能发送，而且要发完即答，受到答复后，主机才向下一个节点询问，这样是为了防止多个节点向总线发送数据，而造成数据错乱。而CAN－bus是多主从结构，每个节点都有CAN控制器，多个节点发送时，以发送的ID号自动进行仲裁，这样就可以实现总线数据不错乱，而且一个节点发完，另一个节点可以探测到总线空闲，而马上发送，这样省去了主机的询问，提高了总线利用率，增强了快速性。1-3、错误检测机制：RS485只规定了物理层，而没有数据链路层，所以它对错误是无法识别的，除非一些短路等物理错误。这样容易造成一个节点破坏了，拼命向总线发数据（一直发1），这样造成整个总线瘫痪。所以RS485一旦坏一个节点，这个总线网络都挂。而CAN总线有CAN控制器，可以对总线任何错误进行检测，如果自身错误超过128个，就自动闭锁。保护总线。如果检测到其他节点错误或者自身错误，都会向总线发送错误帧，来提示其他节点，这个数据是错误的。大家小心。这样CAN总线一旦有一个节点CPU程序跑飞了，它的控制器自动闭锁。保护总线。所以在安全性要求高的网路，CAN是很强的。1-4、CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。1-5、CAN具有完善的通信协议，可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低了系统的开发难度，缩短了开发周期，这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。2、电力载波通信：该通信方式的主要缺点在于：2-1、电力系统的干扰比较严重，不适合可靠传输；2-2、传输距离短，需要中继器，无中继情况下约400m。3、光纤通信：清水河大桥主缆除湿系统采用的就是光纤通信。该通信方式的在实施过程中表现的主要问题在于：3-1、光纤通信模式是点对点通信，因此需要熔接非常多的光纤接头。由于主缆上作业属于高空作业，因此在主缆上熔接光纤是一件非常困难的事情；3-2、由于主缆的变形容易造成光纤扯断。对应钢箱梁，目前采用的方式是传感器、除湿设备和加压风机放在临近位置，以方便通信和控制。由于箱梁较长，内部各处温湿度并不完全相同，需要将传感器、除湿设备和加压风机分开布置，且需要布置更多的传感器以全面反映刚箱梁内的温湿度场。为除湿设备和加压风机控制提供更多可靠数据，因此也需要可靠有效通信。因此，亟待使用一种新的通信协议来将传感器和设备连接成系统。
技术实现思路
针对上述现存的技术问题，本专利技术提供一种基于CAN总线的悬索桥除湿控制系统，以达到实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强的目的。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于CAN总线的悬索桥除湿控制系统，包括通过CAN总线连接的至少一个一体化数据采集箱、除湿设备和CAN转以太网，以及与CAN转以太网通过以太网通讯连接的上位机。所述CAN总线的通信接口中集成CAN协议的物理层、数据链路层和应用层功能，且物理层、数据链路层使用CAN2.0B协议，应用层使用自定义协议。可根据桥梁除湿系统的特点制定应用层协议，具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点。每个一体化数据采集箱包括主控芯片，分别与之连接的CAN通信模块、电源模块、安装在桥梁上的进气夹和排气夹内部的传感器、以及控制一体化数据采集箱开关的电磁阀。所述一体化数据采集箱将采集到的传感器数据按照CAN总线2.0扩展帧格式填充到Data字段，然后主控芯片按照应用层协议填充发送报文节点地址、接受报文节点地址和功能码，并将填充完毕的帧数据发送到CAN通信模块，CAN通信模块使用双绞线将数据发送给上位机和除湿设备。且一体化数据采集箱和除湿设备最远距离可以达到10Km，此时通信速度任然能达到5Kbit/s。所述上位机将系统中将各CAN通信模块发来的数据保存以备分析。所述除湿设备根据各CAN通信模块发来的数据调节除湿风量大小和再生温度控制，以满足设定要求；同时除湿设备还可以发送命令到所数据符合要求的一体化数据采集箱，通过关闭其电磁阀来降低风量的需求。进一步，所述的应用层划分ID来标识节点的方式如下：使用CAN2.0总线协议中扩展帧的ID28～ID20作为发送设备的编号；ID19～ID11作为接受设备的编号；ID10～ID0标识功能码，标识传输的是传感器数据类型和命令。更进一步，所述的传感器包括流量传感器、压力传感器和温湿度传感器。综上，本专利技术将CAN总线协议移植到桥梁除湿系统中，将设置在进气夹/排气夹处的温湿度、压力、流量传感器和电磁阀控制集成到一体化数据采集箱，一体化数据采集箱将采集到的温湿度数据、压力数据和流量数据通过CAN总线发送给上位机和除湿设备，继而控制调节除湿设备的运行，同时除湿设备也能根据所得数据控制一体化数据采集箱的开关。相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：1、与光纤通信相比，CAN总线不存在高空熔纤困难，且光纤容易受主缆变形而导致拉断的问题；与RS485通信相比，CAN总线多主从通信模式，实时性更强，容错更好，通信距离更长；与电力载波相比，CAN总线抗干扰强，通信距离远。2、因为CAN总线是多主从结构型总线，各一体化数据采集箱和除湿机之间能够相互直接通信无需上位机中转，故而实时性高。3、通信模式从原有的主从模式变成现在的生产者-消费者模型，提高了数据实时性和总线使用效率，同时提高了整个系统的可靠性。4、CAN总线克服了桥梁除湿系统中常用通信方式的缺点，在密封主缆和箱梁内部可以采用温湿度场概念，使得温湿度传感器，加压分机和除湿设备能够分散在箱梁各处较大的范围内，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CAN总线的悬索桥除湿控制系统，其特征在于，包括通过CAN总线连接的至少一个一体化数据采集箱、除湿设备和CAN转以太网，以及与CAN转以太网通过以太网通讯连接的上位机；所述CAN总线的通信接口中集成CAN协议的物理层、数据链路层和应用层功能，且物理层、数据链路层使用CAN2.0B协议，应用层使用自定义协议；每个一体化数据采集箱包括主控芯片，分别与之连接的CAN通信模块、电源模块、安装在桥梁上的进气夹和排气夹内部的传感器、以及控制一体化数据采集箱开关的电磁阀；所述一体化数据采集箱将采集到的传感器数据按照CAN总线2.0扩展帧格式填充到Data字段，然后主控芯片按照应用层协议填充发送报文节点地址、接受报文节点地址和功能码，并将填充完毕的帧数据发送到CAN通信模块，CAN通信模块使用双绞线将数据发送给上位机和除湿设备；所述上位机将系统中将各CAN通信模块发来的数据保存以备分析；所述除湿设备根据各CAN通信模块发来的数据调节除湿风量大小和再生温度控制，以满足设定要求；同时除湿设备还可以发送命令到所数据符合要求的一体化数据采集箱，通过关闭其电磁阀来降低风量的需求。

【技术特征摘要】
1.一种基于CAN总线的悬索桥除湿控制系统，其特征在于，包括通过CAN总线连接的至少一个一体化数据采集箱、除湿设备和CAN转以太网，以及与CAN转以太网通过以太网通讯连接的上位机；所述CAN总线的通信接口中集成CAN协议的物理层、数据链路层和应用层功能，且物理层、数据链路层使用CAN2.0B协议，应用层使用自定义协议；每个一体化数据采集箱包括主控芯片，分别与之连接的CAN通信模块、电源模块、安装在桥梁上的进气夹和排气夹内部的传感器、以及控制一体化数据采集箱开关的电磁阀；所述一体化数据采集箱将采集到的传感器数据按照CAN总线2.0扩展帧格式填充到Data字段，然后主控芯片按照应用层协议填充发送报文节点地址、接受报文节点地址和功能码，并将填充完毕的帧数据发送到CAN通信模块，CAN通信模块使用双绞...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊，刘国彬，王波，赵青青，
申请(专利权)人：江苏中矿大正表面工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32