一种基于EtherCAT总线的有效值电流采集传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于EtherCAT总线的有效值电流采集传感器，包括模块本体和STM32F407单片机，所述模块本体的一端上部设有指示灯，所述指示灯的下方设有旋转开关；所述STM32F407单片机分别电性连接有信号采集、电源管理模块、ET1100芯片和按键接口，所述信号采集内包括运算放大器和电流采集传感器，所述ET1100芯片的一端与电源管理模块电性连接，另一端与以太网接口电性连接；本设计采用ET100芯片和STM32处理器结合有效值电流采样设计方案，具有数据传输可靠性高，采集速率和实时性高以及减少采集控制器和布线维修维护成本的作用。

An effective value current acquisition sensor based on EtherCAT bus

【技术实现步骤摘要】
一种基于EtherCAT总线的有效值电流采集传感器
本技术涉及传感器
，具体为一种基于EtherCAT总线的有效值电流采集传感器。
技术介绍
目前工业现场电流采集多采用模拟量的方式进行传输，传感器将采集的电流转换为-10V～10V、0～10V、0～5V的电压信号或者0～20mA、4～20mA的标准电流信号传送给上一级的控制器。另外还有少部分基于传统RS485通信的电流采集传感器产品。现有的技术对于模拟量传输具有以下缺点：①工业应用现场工况环境复杂，远距离、高速动态的小信号模拟量传输过程中易受传输介质和环境因素干扰，导致传输信号的失真和丢失。严重影响采集结果，增加数据处理和分析难度。②多信号采样容易造成各通道间信号的相互干扰，增加了采集布线的成本和难度，延长项目实施周期，为后续的调试和维护工作带来不利影响。③传统的信号采集方式增加信号外围处理电路和上级控制器模拟量采集端口，提高了上级控制器应用成本。④在传输大量工业数据的条件要求下严重影响了上级处理器的处理速度。⑤采样信号传输实时性不高，在高速闭环控制条件下，对于采集的实时性具有很高的要求。基于传统的主从式收发方式，在从机在接收到读取请求的命令后，需要处理器调用外设进行采集运算，再进行命令的响应。这个过程是时间长波动性较大。部分应用无法满足要求。⑥传输速度低，如④所述，受到硬件结构和传输方式的限制，无法做到高速采集。这样就急需要一种数据传输可靠性高等优点的有效值电流采集传感器。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于EtherCAT总线的有效值电流采集传感器，①解决模拟量传输干扰问题，使得采集的数据更加可靠；②降低多通道采集应用中的采集硬件通道投资成本，减少控制器或采集器的体积；③降低布线难度，减少施工周期，降低后期维修维护的难度和成本；④提供了采样数据的传输实时性；⑤结合控制器的FIFO可以很容易地实现高速数据采集和传输。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种基于EtherCAT总线的有效值电流采集传感器，包括模块本体和STM32F407单片机，所述模块本体的后端固定设有卡扣，所述模块本体的上端设有电源接口，所述模块本体的一侧边开设有通线孔，所述模块本体的一端上部设有指示灯，所述指示灯的下方设有旋转开关，所述旋转开关的下方设有网线接口；所述STM32F407单片机安装在模块本体内部，所述STM32F407单片机分别电性连接有信号采集、电源管理模块、ET1100芯片和按键接口，所述信号采集内包括运算放大器和电流采集传感器，所述电流采集传感器一端与电源管理模块电性连接，另一端与运算放大器电性连接，所述ET1100芯片的一端与电源管理模块电性连接，另一端与以太网接口电性连接，所述电流采集传感器采用LA100-P电流传感器，所述运算放大器电路中电性连接有电流放大器，且串联接有滑动电阻器R1，所述电源管理模块电路中电性连接有DCW03B-15转换器，所述DCW03B-15稳压双输出转换器电性连接外置的24V电源。优选的，所述旋转开关设有两组，所述网线接口也设有两组，且上端网线接口为E0，下端网线接口为E1。优选的，所述STM32F407单片机内置了一个12位分辨率的ADC，所述ET1100芯片为从站的控制芯片，所述STM32F407单片机将信号进行转换输处给ET1100芯片。优选的，所述电流采集传感器电性连接有外置的有效值转换芯片AD536。优选的，所述AD536与运算放大器进行电性连接。优选的，所述DCW03B-15转换器具有稳压双输出端口。与现有技术相比，本技术的有益效果是：(1)由于EtherCAT是确定性的工业以太网，技术成熟，稳定性高，解决了上述问题①中描述的不足；(2)一个EtherCAT总线下面理论可以挂65535个从站设备，并且支持多种拓扑结构。另外EtherCAT可以采用标准的以太网线进行传输这样就解决了问题②和③中描述的不足；(3)由于本设计的传感器属于EtherCAT从站，采用ET100芯片进行以通信帧的收发，所有的通信处理工作都是由硬件完成，这样数据传输的时间非常快，并且抖动很小，另外EtherCAT协定中有提供分散式时钟机制，即使通讯循环周期有抖动，时钟的抖动远小于1μs，大约接近IEEE1588精密时间协议的标准。所以本技术可以解决问题④和⑤的不足。本技术采用ET100芯片和STM32处理器结合有效值电流采样设计方案，实现工业现场的电流采集传输功能，具有数据传输可靠性高，采集速率和实时性高以及减少采集控制器和布线维修维护成本的作用。附图说明图1为本技术的外观示意图；图2为本技术的电流采集单元框图；图3为STM32F407控制单元设计框图；图4为LA100-P在本设计中用于电流信号采样电路原理图；图5为电流信号处理电路图；图6为本技术的电源管理模块电路原理图；图7为EherCAT报文嵌入数据帧格式图；图8为本技术的主站框图；图9为本技术的从站框图；图10为系统设计总体框图。图中：1、模块本体；2、卡扣；3、通线孔；4、电源接口；5、指示灯；6、旋转开关；7、网线接口。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在不同附图中以相同标号来标示相同或类似组件；另外请了解文中诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”、“端”、“部”、“段”、“宽度”、“厚度”、“区”等等及类似用语仅便于看图者参考图中构造以及仅用于帮助描述本技术而已，并非是对本技术的限定。请参阅图1，本技术提供一种技术方案：一种基于EtherCAT总线的有效值电流采集传感器，包括模块本体1和STM32F407单片机，模块本体1的后端固定设有卡扣2，该处的卡扣2方便将模块本体1安装至电气底板，35mm标准导轨安装卡块上；模块本体1的上端设有电源接口4，该处的电源接口4提供模块本体1的工作电源；模块本体1的一侧边开设有通线孔3，该处的通线孔3可以使得被测量主电缆穿过此孔，模块通过电流互感模块变换电流信号；模块本体1的一端上部设有指示灯5，该处的指示灯5的工作状态L1：电源指示灯L2:EtherCAT连接指示灯L3:故障指示灯；指示灯5的下方设有旋转开关6，该处的旋转开关6为模块选择EtherCAT的站地址，通过两个编码开关组合指定，站地址也可以通过软件进行指定；旋转开关6的下方设有网线接口7。如图2所示，ST本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于EtherCAT总线的有效值电流采集传感器，包括模块本体(1)和STM32F407单片机，其特征在于：所述模块本体(1)的后端固定设有卡扣(2)，所述模块本体(1)的上端设有电源接口(4)，所述模块本体(1)的一侧边开设有通线孔(3)，所述模块本体(1)的一端上部设有指示灯(5)，所述指示灯(5)的下方设有旋转开关(6)，所述旋转开关(6)的下方设有网线接口(7)；/n所述STM32F407单片机安装在模块本体(1)内部，所述STM32F407单片机分别电性连接有信号采集、电源管理模块、ET1100芯片和按键接口，所述信号采集内包括运算放大器和电流采集传感器，所述电流采集传感器一端与电源管理模块电性连接，另一端与运算放大器电性连接，所述ET1100芯片的一端与电源管理模块电性连接，另一端与以太网接口电性连接，所述电流采集传感器采用LA100-P电流传感器，所述运算放大器电路中电性连接有电流放大器，且串联接有滑动电阻器R1，所述电源管理模块电路中电性连接有DCW03B-15转换器，所述DCW03B-15稳压双输出转换器电性连接外置的24V电源。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于EtherCAT总线的有效值电流采集传感器，包括模块本体(1)和STM32F407单片机，其特征在于：所述模块本体(1)的后端固定设有卡扣(2)，所述模块本体(1)的上端设有电源接口(4)，所述模块本体(1)的一侧边开设有通线孔(3)，所述模块本体(1)的一端上部设有指示灯(5)，所述指示灯(5)的下方设有旋转开关(6)，所述旋转开关(6)的下方设有网线接口(7)；
所述STM32F407单片机安装在模块本体(1)内部，所述STM32F407单片机分别电性连接有信号采集、电源管理模块、ET1100芯片和按键接口，所述信号采集内包括运算放大器和电流采集传感器，所述电流采集传感器一端与电源管理模块电性连接，另一端与运算放大器电性连接，所述ET1100芯片的一端与电源管理模块电性连接，另一端与以太网接口电性连接，所述电流采集传感器采用LA100-P电流传感器，所述运算放大器电路中电性连接有电流放大器，且串联接有滑动电阻器R1，所述电源管理模块电路中电性连接有DCW03B-15转换器，所述DCW03B-15稳压双输出转换器电性连接外置的24V电源。

【专利技术属性】
技术研发人员：念路兵，郑磊，
申请(专利权)人：郑磊，
类型：新型
国别省市：江苏;32