一种CAN总线传感器节点制造技术

本实用新型专利技术涉及一种可用于化工安全监控的CAN总线传感器节点。本实用新型专利技术包括电源管理模块、环境参数采集模块、CAN传输模块和处理器模块。电源管理模块包括7.4V锂电池、5V电压转换电路、3.3V电压转换电路、1.8V电压转换电路。环境参数采集模块包括温湿度采集单元和气压采集单元。CAN传输模块包括光耦隔离单元、CAN收发单元和电源隔离单元。处理器模块以处理器LPC2109FBD64/01为核心，在其外围分别搭建了复位电路、晶振电路、JTAG电路以及ISP电路。本实用新型专利技术传输距离远、实时性强。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于无线传感器网络、混杂现场总线、嵌入式系统
，具体涉及一种可用于化工安全监控的CAN总线传感器节点。
技术介绍
随着无线通信技术的发展，无线通信设备不断成熟，成本也进一步的降低，为了解决工业环境及过程控制环境下的许多移动对象、旋转对象以及危险环境对象的监测与控制问题，出现了一种混杂的有线/无线现场总线(hybrid wired/wireless field bus)的新技术。在工作环境较为恶劣、安全生产风险较高的化工企业，混杂现场总线技术可以随作业现场进行部署，迅速地覆盖所有工段。当现场工作人员携带无线传感器节点时，还可以利用无线传感器网络的定位技术对工作人员进行实时定位，万一发生事故可以对作业现场的工作人员在事故发生时刻的位置进行跟踪，便于设计高效的应急救援方案。基于混杂现场总线技术的现代化化工安全监控系统包括ZigBee与CAN总线之间的有线/无线网关、基于ZigBee的无线传感器节点、基于CAN总线的传感器节点等。其中，CAN总线传感器节点可提供远距离、可靠、实时的现场环境参数与设备参数监测服务。由于化工企业生产环境较恶劣，CAN总线传感器节点的设计要充分考虑防潮、防腐、防爆、成本、功耗以及本质安全等因素。尤其是在事故发生后的生存能力要强，因为这是应急救援过程中的信息生命线。
技术实现思路
本技术提供了一种基于CAN总线技术、可用于化工安全监控的CAN总线传感器节点。该节点可用于监测化工工艺现场的环境参数与设备参数。本技术采取的具体技术方案—种CAN总线传感器节点包括电源管理模块、环境参数采集模块、CAN传输模块、 处理器模块。所述电源管理模块包括7. 4V锂电池、5V电压转换电路、3. 3V电压转换电路、1. 8V 电压转换电路。锂电池JS-7. 4V-2. 2AH为5V电压转换电路提供电源；5V电压转换电路的核心为SPX1117M3-5. 0低压差线性稳压电源芯片，其输出供给3. 3V电压转换电路、1. 8V 电压转换电路和CAN传输模块；3. 3V电压转换电路的核心为SPX1117M3-3. 3低压差线性稳压电源芯片，其输出供给处理器模块和环境参数采集模块；1. 8V电压转换电路的核心是 SPX1117M3-1. 8低压差线性稳压电源芯片，其输出供给处理器模块。所述环境参数采集模块包括温湿度采集单元和气压采集单元。温湿度采集单元 SHT21数字式温湿度传感器和处理器模块Whter — htegrated Circuit(I2C)总线相连， 电源端和3. 3V电压转换电路相连；气压采集单元MS5607数字式气压计和处理器模块的串行外设接口 Gerial Peripheral hterface，SPI)相连，电源端和3. 3V电压转换电路相连。所述CAN传输模块包括光耦隔离单元、CAN收发单元和电源隔离单元。光耦隔离单元的核心为高速光耦6N137，其一端和处理器的CAN接口连接，另一端和CAN收发单元连接，电源端和5V电压转换电路以及电源隔离单元连接；CAN收发单元的CAN总线信号端和终端电阻连接，电源端和电源隔离单元连接；电源隔离单元的核心为电源隔离器件B0505， 其输入端和5V电压转换电路连接。所述处理器模块以处理器LPC2109FBD64/01为核心，在其外围分别搭建了复位电路、晶振电路、JTAG电路以及ISP电路。并且对处理器的各电源引脚进行了退藕处理，复位电路采用专用的复位芯片MAX811S。处理器电源端分别和3. 3V电压转换电路、1. 8V电压转换电路相连；处理器的CAN接口与CAN收发模块连接；SPI接口和QIYA气压采集单元连接；1 接口和温湿度采集单元连接；处理器电源端与3. 3V电压转换电路、1. 8V电压转换电路连接。和现有节点设备相比，该节点设备具有如下优点1、传输距离远、实时性强。该节点设备采用CAN现场总线协议，可实现长距离、实时采集和传输多种环境参数(包括温度、湿度、气压等)。2、数据处理速度快，升级潜力大。本技术采用ARM7内核的高性能处理器，相比传统设备数据处理能力大大提高，并且选用的处理器外设丰富，具有极大升级潜力。3、设备运行功耗低。节点设备的软硬件都采用低功耗设计，能够长时间运行。4、设备稳定性、可靠性高。该设备采用专用工业级复位芯片以保证电路的可靠性能；CAN传输模块采用电源隔离和光耦隔离的设计，提高节点的稳定性和安全性。5、设备适应性强。节点设备各部件均采用符合工业级标准的器件，在恶劣环境下具有较强的适应性，并充分考虑防潮、防腐、防爆、及本质安全等因素，采用防护等级IP66、 防爆等级Ex ia IICT6的设计，使得事故发生后的设备生存能力强。附图说明图1为本技术中电源管理模块电路原理图；图2为本技术中环境参数采集模块电路原理图；图3为本技术中CAN传输模块电路原理图；图4为本技术中的处理器模块电路原理图。具体实施方式以下结合附图对本技术做进一步描述。如图1所示，电源管理模块包括7. 4V锂电池、5V电压转换电路、3. 3V电压转换电路、1.8V电压转换电路。锂电池型号为JS-7.4V-2. 2AH，标称容量2. 2AH，其正极和单刀双掷开关Sl的2引脚相连，负极接地。单刀双掷开关Sl的3引脚悬空，1引脚和保护二极管 1N4007阳极相连，保护二极管1N4007的阴极和电源芯片U2的3引脚相连。5V电压转换电路中钽电容C23的正极和电源芯片U2的3引脚相连，钽电容C23的负极接地；电源芯片U2 的1引脚接地，2引脚和钽电容C24的正极、电源指示灯DSl的阳极相连；钽电容C24的负极、电源指示灯DSl的阴极均接地；电源芯片U2的2引脚分别和电源芯片U3的3引脚、电5源芯片U4的3引脚相连。3. 3V电压转换电路中电容C7的一端和电源芯片U3的3引脚相连，另一端接地；电源芯片U3的1引脚接地，2引脚和钽电容C9的正极、电源指示灯DS2的阳极相连；钽电容C9的负极、电源指示灯DS2的阴极均接地。1. 8V电压转换电路中电容C8 的一端和电源芯片U4的3引脚相连，另一端接地；电源芯片U4的1引脚接地，2引脚和钽电容ClO的正极、电源指示灯DS3阳极相连；钽电容ClO的负极、电源指示灯DS3的阴极均接地。如图2所示，环境参数采集模块包括温湿度采集单元和气压采集单元。温湿度采集单元的核心数字式温湿度传感器Ull的1引脚和处理器的沈弓丨脚相连，6引脚和处理器的22引脚相连；数字式温湿度传感器Ull的5引脚和3. 3V电压转换电路相连，2引脚接地，电容C32的一端和数字式温湿度传感器Ull的5引脚相连，另一端接地；数字式温湿度传感器Ull的3、4引脚均悬空。气压采集单元核心数字式气压传感器UlO的6引脚和处理器的30引脚相连、7引脚和处理器的29引脚相连、8引脚和处理器的27引脚相连；数字式气压传感器UlO的4引脚、5引脚均和处理器的1引脚相连；数字式气压传感器UlO的1引脚和3. 3V电压转换电路相连，2引脚、3引脚均接地；电容C12的一端和数字式气压传感器 UlO的1引脚相连，另一端和数字式气压传感器UlO的2引脚相连。如图3所示，CAN传输模块包括光耦隔离单元、CAN收发单元和5V电源隔离单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＣＡＮ总线传感器节点，包括电源管理模块、环境参数采集模块、ＣＡＮ传输模块和处理器模块，其特征在于：所述的电源管理模块包括７．４Ｖ锂电池、５Ｖ电压转换电路、３．３Ｖ电压转换电路、１．８Ｖ电压转换电路；锂电池正极和单刀双掷开关Ｓ１的２引脚相连，负极接地；单刀双掷开关Ｓ１的３引脚悬空，１引脚和保护二极管１Ｎ４００７阳极相连，保护二极管１Ｎ４００７的阴极和电源芯片Ｕ２的３引脚相连；５Ｖ电压转换电路中钽电容Ｃ２３的正极和电源芯片Ｕ２的３引脚相连，钽电容Ｃ２３的负极接地；电源芯片Ｕ２的１引脚接地，２引脚和钽电容Ｃ２４的正极、电源指示灯ＤＳ１的阳极相连；钽电容Ｃ２４的负极、电源指示灯ＤＳ１的阴极均接地；电源芯片Ｕ２的２引脚分别和电源芯片Ｕ３的３引脚、电源芯片Ｕ４的３引脚相连；３．３Ｖ电压转换电路中电容Ｃ７的一端和电源地；电容Ｃ１９的一端和处理器的７引脚相连，另一端接地；电容Ｃ２０的一端和处理器的２３引脚相连，另一端接地；电容Ｃ２１的一端和处理器的４３引脚相连，另一端接地；电容Ｃ２２的一端和处理器的５１引脚相连，另一端接地。接插件ＪＰ２的１引脚相连，电阻Ｒ１的另外一端和３．３Ｖ电压转换电路相连；退藕电容部分中，电容Ｃ１６的一端和处理器的１７引脚相连，另一端接地；电容Ｃ１７的一端和处理器的４９引脚相连，另一端接地；电容Ｃ１８的一端和处理器的６３引脚相连，另一端接Ｐ１的１引脚、２引脚和３．３Ｖ电压转换电路相连，１７引脚、１９引脚均悬空，其余引脚均接地；电阻Ｒ２的一端和接插件ＪＰ１的１１引脚相连，另一端接地；处理器ＩＳＰ接口４１引脚和接插件ＪＰ２的１引脚相连，接插件ＪＰ２的２引脚接地；电阻Ｒ１的一端和引脚相连，２４引脚和接插件ＪＰ１的１１引脚相连，５２引脚和接插件ＪＰ１的７引脚相连，５６引脚和接插件ＪＰ１的９引脚相连，５７引脚和接插件ＪＰ１的１５引脚相连，６０引脚和接插件ＪＰ１的５引脚相连，６４引脚和接插件ＪＰ１的１３引脚相连；接插件ＪＵ１的６１引脚、６２引脚分别和晶振电路相连；晶振电路中晶振Ｙ１的两端并联一个电阻Ｒ３使系统更容易起振；晶振电路中电容Ｃ１、Ｃ２的一端分别和晶振相连，另一端均接地；处理器的ＪＴＡＧ接口和接插件ＪＰ１相连，其中处理器的２０引脚和接插件ＪＰ１的３１的５７引脚和复位芯片Ｕ５的２引脚相连；复位芯片Ｕ５的１引脚接地，４引脚和３．３Ｖ电压转换电路相连，电容Ｃ１１的一端和复位芯片的１引脚连接，另一端和复位芯片的４引脚相连；复位芯片的３引脚和复位开关Ｓ２的一端，复位开关Ｓ２的另一端接地；处理器９的３引脚相连，电容Ｃ１２另一端和Ｕ９的４引脚相连；电阻Ｒ９一端Ｕ９的３引脚相连，电阻Ｒ９的另一端和Ｕ９的４引脚相连；所述的处理器模块的核心为处理器Ｕ１，还包括复位电路、晶振电路、ＪＴＡＧ电路、ＩＳＰ电路和退藕电容；处理器模块的核心处理器Ｕ压转换电路相连，电阻Ｒ８的一端和光耦Ｕ８的７、８引脚相连，另一端和光耦Ｕ８的６引脚相连；光耦Ｕ８的６引脚和处理器的ＣＡＮ接口９引脚相连；光耦Ｕ８的５引脚接地；电源隔离单元中Ｕ９的２引脚和５Ｖ电压转换电路相连，１引脚接地；电容Ｃ１２的一端和Ｕ的７引脚相连；接插件Ｊ２的１引脚和ＣＡＮ收发器的６引脚相连；ＣＡＮ收发器的４引脚串联一个４７０Ω的电阻Ｒ６后和光耦Ｕ８的３引脚相连；光耦Ｕ８的２引脚和５Ｖ电源隔离单元中Ｕ９的４引脚相连；光耦Ｕ８的１、４引脚悬空；光耦Ｕ８的７、８引脚和５Ｖ电隔离单元中Ｕ９的４引脚相连；ＣＡＮ收发器Ｕ６的２引脚和５Ｖ电源隔离单元中Ｕ９的３引脚相连；ＣＡＮ收发器Ｕ６的５、８引脚悬空，６引脚、７引脚通过接插件Ｊ２和终端电阻Ｒ４相连；终端电阻Ｒ４的一端和接插件Ｊ２的２引脚相连，另一端和ＣＡＮ收发器Ｕ６脚和５Ｖ电源隔离单元中Ｕ９的４引脚相连，电阻Ｒ５的一端和光耦Ｕ７的７、８引脚相连，另外一端和光耦Ｕ７的６引脚相连；光耦Ｕ７的６引脚和ＣＡＮ收发器Ｕ６的１引脚相连；ＣＡＮ收发单元的核心是ＴＪＡ１０４０Ｔ高速ＣＡＮ收发器Ｕ６，其３引脚和５Ｖ电源１３７即Ｕ７和Ｕ８；光耦Ｕ７的２引脚和５Ｖ电压转换电路输出端相连；光耦Ｕ７的３引脚串联一个４７０Ω的电阻Ｒ７后和处理器ＣＡＮ接口１０引脚连接；光耦Ｕ７的１、４引脚悬空；光耦Ｕ７的５引脚和５Ｖ电源隔离单元中Ｕ９的３引脚相连；光耦Ｕ７的７、８引连，２引脚、３引脚均接地；电容Ｃ１２的一端和数字式气压传感器Ｕ１０的１引脚相连，另一端和数字式气压传感器Ｕ１０的２引脚相连；所述的ＣＡＮ传输模块包括光耦隔离单元、ＣＡＮ收发单元和５Ｖ电源隔离单元；光耦隔离单元的核心为两个高速光耦隔离器件６Ｎ集单元核心数字式气压传感器Ｕ１０的６引脚和处理器的３０引脚相连、７引脚和处理器的２９引脚相连、８引脚和处理器的２７引脚相连；数字式气压传感器Ｕ１０的４引脚、５引脚均和处理器的１引脚相连；数字...

【技术特征摘要】
1. 一种CAN总线传感器节点，包括电源管理模块、环境参数采集模块、CAN传输模块和处理器模块，其特征在于所述的电源管理模块包括7. 4V锂电池、5V电压转换电路、3. 3V电压转换电路、1. 8V电压转换电路；锂电池正极和单刀双掷开关Sl的2引脚相连，负极接地；单刀双掷开关Sl的 3引脚悬空，1引脚和保护二极管1N4007阳极相连，保护二极管1N4007的阴极和电源芯片 U2的3引脚相连；5V电压转换电路中钽电容C23的正极和电源芯片U2的3引脚相连，钽电容C23的负极接地；电源芯片U2的1引脚接地，2引脚和钽电容C24的正极、电源指示灯 DSl的阳极相连；钽电容CM的负极、电源指示灯DSl的阴极均接地；电源芯片U2的2引脚分别和电源芯片U3的3引脚、电源芯片U4的3引脚相连；3. 3V电压转换电路中电容C7的一端和电源芯片U3的3引脚相连，另一端接地；电源芯片U3的1引脚接地，2引脚和钽电容C9的正极、电源指示灯DS2的阳极相连；钽电容C9的负极、电源指示灯DS2的阴极均接地；1. 8V电压转换电路中电容C8的一端和电源芯片U4的3引脚相连，另一端接地；电源芯片U4的1弓丨脚接地，2弓丨脚和钽电容ClO的正极、电源指示灯DS3阳极相连；钽电容ClO的负极、电源指示灯DS3的阴极均接地；所述的环境参数采集模块包括温湿度采集单元和气压采集单元；温湿度采集单元的核心数字式温湿度传感器Ull的1引脚和处理器的沈引脚相连，6引脚和处理器的22引脚相连；数字式温湿度传感器Ull的5引脚和3. 3V电压转换电路相连，2引脚接地，电容C32 的一端和数字式温湿度传感器Ull的5引脚相连，另一端接地；数字式温湿度传感器Ull的 3、4引脚均悬空；气压采集单元核心数字式气压传感器UlO的6引脚和处理器的30引脚相连、7引脚和处理器的四弓丨脚相连、8引脚和处理器的27引脚相连；数字式气压传感器UlO 的4引脚、5引脚均和处理器的1引脚相连；数字式气压传感器UlO的1引脚和3. 3V电压转换电路相连，2引脚、3引脚均接地；电容C12的一端和数字式气压传感器UlO的1引脚相连，另一端和数字式气压传感器UlO的2引脚相连；所述的CAN传输模块包括光耦隔离单元、CAN收发单元和5V电源隔离单元；光耦隔离单元的核心为两个高速光耦隔离器件6W37即U7和U8 ；光耦U7的2引脚和5V电压转换电路输出端相连；光耦U7的3引脚串联一个470 Ω的电阻R7后和处理器CAN接口 10引脚连接；光耦U7的1、4引脚悬空；光耦U7的5引脚和5V电源隔离单元中U9的3引脚相连；光耦U7的7、8引脚和5V电源隔离单元中U9的4引脚相连，电阻R5的一端和光耦U7的7、8 引脚相连，另外一端和光耦U7的6引脚相连；光耦U7的6引脚和CAN收发器U6的1引脚相连；CAN收发单元的核心是TJA1040T高速CAN收发器TO，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋鹏，吴斌，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：86