基于CAN总线的智能振动检测仪的设计.pdf

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1、仪器仪表与应用石油化工自动化，2009，3：56AUT()MATIONINPETR(CHEMICALINDUSTRY基于CAN总线的智能振动检测仪的设计任永，(1．北京化工大学自动化研究所，北京100029；2．中国石化工程建设公司，北京100101)摘要：针对总线型振动仪表的要求，采用压电式振动传感器，选用68HCS08系列微控制器，开发r一种基于CAN总线的智能振动检测仪。对振动传感器、信号调理电路、微控制器、CAN总线通信模块、电源等硬件及软件设计进行了详细介绍。对智能振动检测仪的测量和通信功能进行实验和测试，并对实验数据加以分析，进一步确定其性能指标

2、，验证了该智能振动检测仪能够满足总线型智能仪表的要求，达到现场实际工况要求。关键词：CAN总线；嵌入式系统；传感器；数据采集；振动检测中图分类号：TP274文献标志码：B文章编号：1007—7324(2009)03—0056—041引言2．1传感器模块随着计算机技术、通信技术的发展，尤其是现传感器模块由振动传感器和信号调理电路两场总线技术在工业中的不断发展与广泛应用，仪器部分组成。振动传感器采用压电陶瓷元件，利用压仪表也进入了数字化、智能化时代。CAN总线作电效应将振动信号转换成电信号。信号调理电路为现场总线的一种，对总线的传输介质无要求，多的原理如图2所示

3、。种方式工作，节点增加或摘除对总线网络不产生影响，使用非破坏性的总线仲裁技术解决总线竞争。笔者结合常规振动检测仪表在石化大型机械振动检测方面的经验，设计了基于CAN总线的智能振动检测仪。本文着重介绍了该智能振动检测仪的软、硬件设计。2硬件设计图2信号调理电路原理基于CAN总线的智能振动检测仪的硬件由信号调理电路工作原理：输入电信号接人放传感器模块、微控制器模块、通信模块和电源模块大器，对输入的电信号进行放大。经过高通滤波组成，仪表电路框图如图1所示。器从振动信号中提取出加速度高频值，经过低通被测振动信号滤波器得到加速度低频值。加速度低频值经过积分处理得到速度

4、信号，对速度信号积分得到位传感器模块移信号。振动信号调2．2微控制器模块传感器理电路微控制器是智能振动检测仪的核心，硬件微控制器模块设计时首先考虑微控制器的选择，再确定与之A／DllCAN控制器{lICPU配套的外围器件。该设计选择68HCS08系列转换器IlMSCANl1存储单元电源模块的MC9SO8DZ16微控制器及其仿真板。其内部集成的外设很多，在智能振动检测仪的设计中通信模块CAN总线收发器收稿日期：2009—03—13。作者简介：任永(1981一)，男，安徽人，2004年毕业于北京CAN总线化工大学自动化专业，2006~2009年北京化工大学在职研

5、究生，现图1基于CAN总线的仪表电路结构在中国石化工程建设公司仪表自控室从事设计工作。第3期任永．基于CAN总线的智能振动检测仪的设计主要用到MSCAN模块，它遵循CAN2．0A／B协电源模块的设计说明如下：选用Linear公司议，集成了除收发器外CAN总线控制器的所有的LT1934芯片，该芯片能够阻止输入电压超调，功能。保证输入电源电压有大的变化时，将瞬间串模干扰2．3通信模块影响消除。同时可将电压降为+5V。电源效率典型的CAN总线网络系统如图3所示，CAN大约为85。输出的+5V信号通过稳压到总线控制器MSCAN的输入输出经CAN收发器+5V，降压稳压

6、可达到+3．3V，变压稳压后可达转换成CAN标准电平，连接到CAN通信介质(双到一5V。绞线)上；CAN收发器还能输出CAN总线所要求3软件设计的大电流，同时具有大电流保护功能，可使CAN软件运用模块化设计方法，采用汇编语言与C控制器MSCAN避免故障节点或总线的破坏。语言混合编写，包括主程序和中断程序两部分，由初始化模块、数据采集模块、数据处理模块、通信中CAN节点断模块、系统测试模块等组成。智能振动检测仪上电后首先对RAM区进行自检，RAM区主要存储采样数据、计算数据、网络变量及报文。对每个存储单元分别写入特征数据OoH，55H，AAH，FFH，读出存储

7、内容，如果写入的内容和读出的内容一致，说明这个存储单元读写功能正常。自检完毕后，对传感器进CANHCAN行初始化，微控制器循环采样加速度、速度、位移CANL值，进行A／D转换，对转换后的数据进行数字滤图3CAN总线网络系统波，通过传感器输入～输出方程进行电压值到加2．4电源模块速度、速度、位移值的转换。总线通信部分采用智能振动检测仪的传感器模块、微控制器模中断方式，包括现场保护，通信处理分支程序以块、通信模块均需要稳定可靠的电源供电，电源模及现场的恢复。智能振动检测仪的软件结构如块也是智能振动检测仪非常重要的部件之一，其可图5所示。靠性、抗干扰能力、稳定性等

8、将直接影响到智能振动检测仪的质量。根据供电系统不同，