CN114296370A - 基于can总线控制的多路磁通量传感器测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置及方法，该装置包括壳体和固定安装在壳体内部的电路板；在电路板上集成安装有嵌入式单片机、工业级CAN总线通信电路、传感器切换电路、EEPROM储存器和电源；所述的壳体上还设有一个多态工作状态指示灯；所述的工业级CAN总线通信电路、传感器切换电路、EEPROM储存器、电源和工作状态指示灯分别与嵌入式单片机相连接。本发明构造简单、设计合理、体积小、实用性强、密封效果好便于桥墩内部的高空工作及有着较好的防潮、防尘、防水等功能；能够有效解决桥梁拉索等磁通量传感器应用分布广且密集场合的预应力检测中所涉及的高效传感器通道切换技术不足的技术问题。

Description

基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置及方法

技术领域

本发明属于桥梁检测技术领域，具体涉及了一种基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置及方法。

背景技术

随着我国交通建设的飞速发展，吊索拱桥、斜拉索桥、悬索桥等索类桥梁作为大型经济桥梁已经被普遍采用。然而，作为桥梁主要受力构件之一的拉索长期处于高强度应力状态下工作；另一方面，由于风振、雨振等原因，进一步加大拉索的综合应力，长此以往可能导致拉索应力构件产生疲软、损坏，严重者甚至导致桥梁重大事故。因此，拉索的应力工作状态俨然已经成为桥梁是否处于安全状态的重要标志之一。现如今拉索桥在建设初期基本都会在拉索的顶端部分预埋设多个应力传感器，以方便后期的应力检测工程应用；而桥梁建设的一座桥墩就有近百甚至上千个应力传感器，分布广且密集，在应力检测中，没有高效的传感器通道切换技术，致使当前的应力检测工作效率低、成本高等。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供了一种基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置及方法，有效解决桥梁拉索等磁通量传感器应用分布广且密集场合的应力检测中所涉及的高效磁通量传感器通道切换技术不足的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置，包括壳体和固定安装在壳体内部的电路板；其中：在电路板上集成安装有嵌入式单片机、工业级CAN总线通信电路、传感器切换电路、EEPROM储存器和电源；所述的壳体上还设有一个多态工作状态指示灯；所述的工业级CAN总线通信电路、传感器切换电路、EEPROM储存器、电源和工作状态指示灯分别与嵌入式单片机相连接。

在本发明中，以嵌入式单片机为控制核心，工业级CAN总线通信电路为通信信道手段，传感器切换电路为主要控制对象，多路磁通量传感器通道输入模块为选择目标，选择传感器输出至总线为输出目的，EEPROM存储器为设备主要信息存储单元，工作状态指示灯为设备当前工作状态的外在表述辅助以及***主电源和隔离电源为主要能源供应的主体构成一个具有高可靠现场通信能力的CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置。

所述嵌入式单片机采用具有ASIC指令集的32位单片机，并且其内部集成了CAN通信总线协议接口功能，方便CAN总线通信电路的设计。

本发明进一步说明，所述的工业级CAN总线通信电路主要由CAN总线防雷电路、PCA82C251接口电路芯片和光藕隔离电路组成；所述的CAN总线防雷电路与PCA82C251芯片接口电路相连接；所述的PCA82C251芯片接口电路与通信信号传输光藕隔离电路相连；所述的通信信号传输光藕隔离电路与嵌入式单片机相连。

所述工业级CAN总线通信电路具有高可靠通信能力，其是在以PCA82C251CAN通信接口芯片设计的电路中，利用DC-DC电源隔离技术将总线上信号供电与CAN信号控制端的电源供电分隔开来，利用光藕隔离技术将CAN总线的显性信号线和隐性信号线分隔开，利用空放管电路设计防雷应用避免雷雨天气对装置内部电路的干扰。

本发明进一步说明，所述CAN总线防雷电路采用空放管电路。

本发明进一步说明，所述的传感器切换电路是以继电器为主的磁通量传感器信号线切换的控制电路。所述的继电器与其驱动控制电路连接；所述的驱动控制电路与嵌入式单片机连接。该电路主要是从多路磁通量传感器的输入6芯信号中选出一路6芯信号磁通量传感器通道连接到传感器输出信号到总线的接口电路上，以便预应力检测设备的检测工作。

本发明进一步说明，所述的继电器是双掷开关具有8脚且触点允许通过的直流电流分别是1A和8A的两种24V继电器，8A的继电器用于连接磁通量传感器的初级绕组线圈，1A继电器用于连接磁通量传感器的次级线圈及NTC（温敏元器件）。

本发明进一步说明，所述的壳体为方形管状壳体（长*宽*深为100*76*45（mm）），并且壳体内两侧分别用于固定安装电路板的凹槽（宽2mm），壳体两端盖板分别设有用于安装指示灯和穿线的通孔（5mm、16mm）。壳体内电路板设计好之后利用三防漆、环氧树脂将裸露在外的元器件管脚等加以防护使其免受湿潮空气、雨水渗入等影响电路的工作。

本发明进一步说明，上述装置的工作方法为：所述嵌入式单片机通过侦听CAN总线的信息，解析出控制传感器通道切换信息指令或者装置参数修改指令，并根据指令信息控制传感器切换电路将多路磁通量传感器中对应指令信息中的传感器通道切换至选择传感器输出至总线的电路模块，或者将指令信息中的装置参数更新到EEPROM存储器中；在应答完指令操作后，所述嵌入式单片机根据当前的工作状态（无通道切通、第一通道切通、第二通道切通、第三通道切通）输出不同颜色的LED光（白光、红光、绿光、蓝光）。

所述工作方法的具体流程步骤为：

1）装置上电，参数初始化；

装置在上电时会自动检测电路板上的EEPROM存储器中是否已经固化有***的参数，所述参数指的是CAN通信时用到的区分装置的ID号；如果已经固化有参数那么将参数从EEPROM存储器中读取出来并在单片机软件中对应的变量更新参数；如果没有固化有参数则将默认的参数写入EEPROM存储器中并更新单片机软件中对应的变量参数；

2）嵌入式单片机开始侦听CAN总线的信息，并解析信息中是否有通道切换指令或者参数修改指令；如果存在通道切换指令，所述嵌入式单片机控制传感器切换电路将多路磁通量传感器中对应指令信息中的传感器通道切换至选择传感器输出至总线的电路模块；如果存在参数修改指令，所述嵌入式单片机将指令信息中的装置参数更新到EEPROM存储器中；

3）嵌入式单片机根据步骤2）中通道切换指令，控制工作状态指示灯输出不同颜色的LED光，表明当前的工作状态。

磁通量传感器是基于铁磁性材料的磁弹效应原理制成磁通量传感器件，它主要由初级绕组线圈、次级绕组线圈、NTC温敏元件及空心绝缘套、金属外壳构成的具有6芯信号线输出的脉冲磁应力传感器。

本发明具有的有益效果如下：

1.本发明构造简单、设计合理、体积小、实用性强、密封效果好便于桥墩内部的高空工作及有着较好的防潮、防尘、防水等功能。

2.本发明采用CAN现场通信总线的设计，将大数量的磁通量传感器以多选一的方式，将传感器的信号线切换到传感器输出总线上，为磁通量传感器的测量提供一个高可靠的传感器检测通道切换装置和方法，为桥梁预应力测量工作提供一种必要的检测手段。

3.本发明采用CAN现场通信总线的设计，使得装置具有更远、更稳的通信能力，且相比于传统星型测量方式，可极大节约数据传输线。

附图说明

图1为本发明一实施例的电路结构框架示意图。

图2为本发明一实施例的工作流程示意图。

图3为本发明一实施例中工业级CAN总线通信电路的电路原理图。

图4是本发明一实施例中传感器切换电路的单元电路原理图。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。

实施例：

如图1所示，一种基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置，包括壳体和固定安装在壳体内部的电路板；在电路板上集成安装有嵌入式单片机、工业级CAN总线通信电路、传感器切换电路、EEPROM储存器和电源；所述的壳体上还设有一个多态工作状态指示灯；

所述的工业级CAN总线通信电路、传感器切换电路、EEPROM储存器、电源和工作状态指示灯分别与嵌入式单片机相连接。

如图3所示，所述的工业级CAN总线通信电路主要由CAN总线防雷电路、PCA82C251接口电路芯片和光藕隔离电路组成；所述的CAN总线防雷电路与PCA82C251芯片接口电路相连接；所述的PCA82C251芯片接口电路与通信信号传输光藕隔离电路相连；所述的通信信号传输光藕隔离电路与嵌入式单片机相连。所述CAN总线防雷电路主要采用空放管设计而成的电路。

所述的传感器切换电路是以继电器为主的磁通量传感器信号线切换的控制电路。所述的继电器与其驱动控制电路连接；所述的驱动控制电路与嵌入式单片机连接。如图4所示，图示中R1、R2、Q1、D3构成继电器驱动电路，继电器J1，J2，J3负责磁通量传感器信号线与传输总线的接通，M1，M2，M3，M4，M5，M6连接传输总线，MO1，MO2，MO3，MO4，MO5，MO6连接磁通量传感器，CH1连接嵌入单片机，嵌入式单片机通过CH1控制驱动电路达到控制继电器的目的。所述的继电器是双掷开关具有8脚且触点允许通过的直流电流分别是1A和8A的两种24V继电器，8A的继电器用于连接磁通量传感器的初级绕组线圈，1A继电器用于连接磁通量传感器的次级线圈及NTC温敏器件。

所述的壳体为方形管状壳体，并且壳体内两侧分别用于固定安装电路板的凹槽，壳体两端盖板分别设有用于安装工作状态指示灯和穿线的通孔。

本实施例的工作方法为：所述嵌入式单片机通过侦听CAN总线的信息，解析出控制传感器通道切换信息指令或者装置参数修改指令，并根据指令信息控制传感器切换电路将多路磁通量传感器中对应指令信息中的传感器通道切换至选择传感器输出至总线的电路模块，或者将指令信息中的装置参数更新到EEPROM存储器中；在应答完指令操作后，所述嵌入式单片机根据当前的工作状态输出不同颜色的LED光。

如图2所示，所述工作方法的具体流程步骤为：

1）装置上电，参数初始化；

装置在上电时会自动检测电路板上的EEPROM存储器中是否已经固化有***的参数，所述参数指的是CAN通信时用到的区分装置的ID号；如果已经固化有参数那么将参数从EEPROM存储器中读取出来并在单片机软件中对应的变量更新参数；如果没有固化有参数则将默认的参数写入EEPROM存储器中并更新单片机软件中对应的变量参数；

2）嵌入式单片机开始侦听CAN总线的信息，并解析信息中是否有通道切换指令或者参数修改指令；如果存在通道切换指令，所述嵌入式单片机控制传感器切换电路将多路磁通量传感器中对应指令信息中的传感器通道切换至选择传感器输出至总线的电路模块；如果存在参数修改指令，所述嵌入式单片机将指令信息中的装置参数更新到EEPROM存储器中；

3）嵌入式单片机根据步骤2）中通道切换指令，控制工作状态指示灯输出不同颜色的LED光，表明当前的工作状态。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置，包括壳体和固定安装在壳体内部的电路板；其特征在于：在电路板上集成安装有嵌入式单片机、工业级CAN总线通信电路、传感器切换电路、EEPROM储存器和电源；所述的壳体上还设有一个多态的工作状态指示灯；

所述的工业级CAN总线通信电路、传感器切换电路、EEPROM储存器、电源和工作状态指示灯分别与嵌入式单片机相连接。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置，其特征在于：所述的工业级CAN总线通信电路主要由CAN总线防雷电路、PCA82C251芯片接口电路和通信信号传输光藕隔离电路组成；所述的CAN总线防雷电路与PCA82C251芯片接口电路相连接；所述的PCA82C251芯片接口电路与通信信号传输光藕隔离电路相连；所述的通信信号传输光藕隔离电路与嵌入式单片机相连。

3.根据权利要求2所述的基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置，其特征在于：所述CAN总线防雷电路主要采用空放管设计而成的电路。

4.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置，其特征在于：所述的传感器切换电路是以继电器为主的磁通量传感器信号线切换的控制电路。

5.根据权利要求4所述的基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置，其特征在于：所述的继电器是双掷开关具有8脚且触点允许通过的直流电流分别是1A和8A的两种24V继电器，8A的继电器用于连接磁通量传感器的初级绕组线圈，1A继电器用于连接磁通量传感器的次级线圈及NTC温敏器件。

6.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置，其特征在于：所述的壳体为方形管状壳体，并且壳体内两侧分别用于固定安装电路板的凹槽，壳体两端盖板分别设有用于安装工作状态指示灯和穿线的通孔。

7.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置，其特征在于，该装置的工作方法为：所述嵌入式单片机通过侦听CAN总线的信息，解析出控制传感器通道切换信息指令或者装置参数修改指令，并根据指令信息控制传感器切换电路将多路磁通量传感器中对应指令信息中的传感器通道切换至选择传感器输出至总线的电路模块，或者将指令信息中的装置参数更新到EEPROM存储器中；在应答完指令操作后，所述嵌入式单片机根据当前的工作状态输出不同颜色的LED光。

8.根据权利要求7所述的基于CAN总线控制的多路磁通量传感器测量装置，其特征在于，所述工作方法的具体流程步骤为：

1）装置上电，参数初始化；

装置在上电时会自动检测电路板上的EEPROM存储器中是否已经固化有***的参数，所述参数指的是CAN通信时用到的区分装置的ID号；如果已经固化有参数那么将参数从EEPROM存储器中读取出来并在单片机软件中对应的变量更新参数；如果没有固化有参数则将默认的参数写入EEPROM存储器中并更新单片机软件中对应的变量参数；

2）嵌入式单片机开始侦听CAN总线的信息，并解析信息中是否有通道切换指令或者参数修改指令；如果存在通道切换指令，所述嵌入式单片机控制传感器切换电路将多路磁通量传感器中对应指令信息中的传感器通道切换至选择传感器输出至总线的电路模块；如果存在参数修改指令，所述嵌入式单片机将指令信息中的装置参数更新到EEPROM存储器中；

3）嵌入式单片机根据步骤2）中通道切换指令，控制工作状态指示灯输出不同颜色的LED光，表明当前的工作状态。

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