一种CAN总线控制的电源开关制造技术

本实用新型专利技术是一种ＣＡＮ总线控制的电源开关，由固态继电器、ＣＡＮ节点、ＣＡＮ节点电源模块及辅助电路组成。它基于ＣＡＮ总线技术，上位机可以通过一条两芯的ＣＡＮ总线控制这个电源开关，实现电源的开通与关断控制，并且本电源开关的开通、关断状态可通过ＣＡＮ总线反馈给上位机。本电源开关的所有组件均固化在一个结构紧凑的一体化模块内，构成一个独立完整的带ＣＡＮ总线控制接口的电源开关。它在实际应用中具有安装、布线简单，便于分散安装、统一控制的特点，主要应用于对电源进行数字化控制的现场。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

A power switch controlled by CAN bus

The utility model relates to a power switch controlled by an CAN bus, comprising a solid state relay, an CAN node, a CAN node, a power module and an auxiliary circuit. It is based on CAN bus technology, the host computer can use a two core CAN bus to control the power switch, power switch off control, and the power switch is turned on or off state feedback to the host computer through CAN bus. All components of the power switch are solidified in a compact integrated module to form an independent and complete power switch with an CAN bus control interface. The utility model has the advantages of simple installation and wiring, easy installation, and uniform control, and is mainly applied to the field of digital control of the power supply.

【技术实现步骤摘要】

一种CAN总线控制的电源开关 本人开发了一种CAN总线控制的电源开关，说明如下-
随着计算机技术和通讯技术的快速发展，自动化控制是信息时代发展的必然趋势。本电 源开关是基于CAN总线控制与通讯技术的电源控制元件，主要应用于电源的数字化控制。技术背景在目前的工业现场控制系统中，固态继电器的应用很广泛，2006年中国就生产了约19 亿个各种继电器。但它们绝大多数都没有数字化控制功能，对分散的电源点进行控制时，只 能布设控制电缆， 一条控制线对应一个继电器，常常需要多芯控制电缆，有时要用到多达48 芯的控制电缆，施工复杂，也大量浪费了铜材，且控制距离较短。因此非常需要有一种数字化控制的电源开关，要求它可以使用最简单的两芯控制总线实 现控制多个开关，便于现场多个开关在各个地点分散安装，统一控制。两芯的双绞线通讯总线有很多，有RS485、 RS232,以及CAN、 HART、 LONWORK、PROFIBUS、 FF、 MODBUS等现场总线标准......经过调査研究与技术分析，BOSCH公司开发的CAN总线(Controller Area Network), 以较低的成本、较高的实时处理能力和在恶劣的强电磁干扰环境下可靠的工作，美国许多企 业已将CAN作为内部总线应用在生产线和机床上。同时，由于CAN总线可以提供较高的 安全性，因此在医疗领域、纺织机械和电梯控制中也得到广泛应用。CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11位标识符中，具有最 低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更 改。总线读取中的冲突可通过位仲裁解决。CAN的这种非破坏性解决总线存取冲突的方法， 确保在不传送有用消息时总线不被占用。甚至当总线在重负载情况下，CAN这种以消息内容 为优先的总线存取也被证明是一种可靠有效的系统。一条CAN总线上，可以挂接110个标准的CAN节点，节点连接方式灵活。传输距离远， 当信号传输距离达到lOKrn时，CAN总线仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。而且， CAN总线可靠性高，误码率低于10—8，技术成熟，全世界数以千万的汽车在使用，应用广泛， 芯片生产量大，成本相对较低。根据以上分析，本人开发的电源开关的控制通讯决定使用CAN总线技术，它的特点是 可靠、成熟'速度较快、传输距离远、组网方式灵活。目前市场上虽然有CAN节点元件，也 有固态继电器，但如果应用于电源控制，则需多个组件、另备直流5V电源，安装复杂'难度大。因此，本人开发了这种带CAN控制接口的电源开关，它是一个独立的元件。
技术实现思路
本人经过技术研究与市场调査，现开发了一种CAN总线控制的电源开关，目的是提供一 种能通过一条两芯线缆进行数字化控制、结构简单、安全、体积小、成本低的电源控制开关。这种开关主要由可控开关、CAN节点、CAN节点电源和外围的辅助电路组成。说明如下(1) 可控开关选用了固态继电器SSR(SOLIDSTATE RELAYS),根据被控电源的电压、 电流要求，选用对应规格的固态继电器。固态继电器主要有以下特点-1、 技术先进并已经走向成熟，应用广泛；2、 它的控制电压低、控制电流较小， 一般为3—5V, 20 — 50mA ;3、 无触点，安全可靠性高；4、 无噪音；5、 寿命长，开关次数可达可达108以上；6、 体积小， 一个单相250V， 10—40A的固态继电器体积为57*44*24mm;7、 成本也较低。 一个AC220V/10A的固态继电器的市场价格为20元左右一个，市场前 景较好。它也有一些缺点导通后的管压降大，有一定发热量；关断后仍可有数微安至数毫安的 漏电流；过载能力低。但这些都是小问题，不影响它的推广使用。(2) CAN节点的设计在本设计方案中，对CAN电源丌关的传输控制与响应等指令信号只有几个字节，数据 量很小，而且CAN总线又是一个非常成熟可靠的技术，数据传输距离与速率、可靠性方面没 有困难，关键的要求在于体积小、成本低。本方案CAN节点芯片主要包括三个，说明如下1、 CAN收发器使用芯片MCP2551; 2、 CAN控制器MCP2515; 3、 CPU (单片机)使用了 AVRATmegal6;以上芯片与辅助电 路组成一个完整的微型嵌入式控制系统。(3) CAN节点电源本方案中的CAN节点元件的电源取自于被控电源，即固态继电器的进线，需要一个模 块将其变换为DC5V，提供给CAN节点和辅助电路。本CAN节点的功耗很低'最大功耗小 于1.5W,电源模块选用市场现有的直流输出为DC5V/2.5W电源模块。根据被控电源的电压， 选用相应的电源转换模块，如，控制AC220V电源'则配AC220V输入DC5V/2.5W输出的 电源模块。体积控制AVRATmegal6的体积:44脚塑料鸥翼方形扁平式封装(TQFP)长12.25 X宽12.25 X 厚1.20mm收发器MCP2551的体积5.00X 6.20mmX 1.75mmCAN控制器MCP2515的体积20引脚塑封薄型缩小外形封装(TSSOP): 6.6. X6.50 X厚1.10mm以上三个芯片体积均如指甲大小，符合体积控制要求，且功耗也很小，散热方面没问题； AC220V转DC5V/2.5W的电源模块，带外壳的体积为37 X 18. 5 X 16. 5隱，符合体积 控制要求；PCB (即电路板Printed Circuit Board)使用1mm厚度的双面板，成本也不高，电源模块、 CAN节点、加上主要使用以贴片元件为主的紧凑设计外围辅助电路，除固态继电器外的所有 组件可以做在一个比火柴盒略大的体积内，基本满足方案设计要求和实际应用需要。在批量生产中，本电源开关的固态继电器、CAN节点、CAN节点电源模块及辅助电路 等全部组件封装成一个独立的元件，内部间隙用硅橡胶(SiliconeRubber)填充。成本控制节点元件CAN收发器MCP2551 、 CAN控制器MCP2515、 CPU(单片机)AVR的ATmega 16以上三个芯片的总成本按零售价进货为34元，如果批量进货，可以控制在25元左右；电 源模块为25元， 一个AC220V/10A的固态继电器为20元。整个的CAN控制电源开关的成本可以控制到100元以内。附图说明图l、 CAN总线控制的电源丌关内部原理图； 图2、 CAN总线控制的电源开关外形图； 图3、 MCP2551芯片引脚示意图； 图4、 MCP2551芯片引脚示意图； 图5、 CAN主芯片电路原理图；图6、 CAN节点电路控制输出与固态继电器连接示意图； 图7 、"一控二"型CAN总线控制的电源开关。具体实施方式每个本电源开关的内置CAN节点都预设有自己的地址码即ID号'以区别于其他CAN 节点。CAN节点的主芯片为单片机AVRATmegal6' —个44脚(TQFP封装)的8位AVR微 处理器，它技术参数有16MHz的运算速度，1K内存，带JTAG接口、 SPI接口， 16K字 节的系统内可编程Flash, 512字节的EEPROM。上电后，单片机AVR ATmegal6运行其片内 控制程序进行初始化，控制CAN节点进行工作。它们的芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＡＮ总线控制的电源开关，由固态继电器（１）、ＣＡＮ节点（２）、ＣＡＮ节点电源模块（３）及辅助电路构成；ＣＡＮ节点电源模块（３）的作用是电源转换，为ＣＡＮ节点（１）和辅助电路提供其运行所需的直流电源；本电源开关的外部接线端子有ＣＡＮ节点进线的Ｈ、Ｌ接线端子及被控电源的进线、出线端子；上位机通过ＣＡＮ总线与ＣＡＮ节点（２）连接，ＣＡＮ节点（２）的Ｉ／Ｏ输出可控制固态继电器（１）；　　　　本电源开关可以被上位机以ＣＡＮ总线方式控制，实现方式是上位机以基于ＣＡＮ总线技术，按预设定的协议发出控制指令，通过ＣＡＮ总线发送到ＣＡＮ节点（２），ＣＡＮ节点（２）根据指令控制固态继电器（１），实现电源的开通、关断；本电源开关的开通、关断状态可通过ＣＡＮ总线反馈给上位机，　　　　其特征是：它的所有组成部分包括固态继电器（１）、ＣＡＮ节点（２）、ＣＡＮ节点电源模块（３）及辅助电路以上组件全部集成固化在一个结构紧凑的一体化模块内，构成一个独立完整的带ＣＡＮ总线控制接口的电源开关。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江望，
申请(专利权)人：江望，
类型：实用新型
国别省市：45[]