一种can总线传感器节点的制作方法
一种can总线传感器节点的制作方法
专利名称一种can总线传感器节点的制作方法
技术领域本实用新型属于无线传感器网络、混杂现场总线、嵌入式系统技术领域，具体涉及一种可用于化工安全监控的CAN总线传感器节点。
背景技术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。
发明内容本实用新型提供了一种基于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。本实用新型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SPX. 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SPX. 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 SPX. 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。本实用新型采用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。
图1为本实用新型中电源管理模块电路原理图；图2为本实用新型中环境参数采集模块电路原理图；图3为本实用新型中CAN传输模块电路原理图；图4为本实用新型中的处理器模块电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步描述。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。 光耦隔离单元的核心为两个高速光耦隔离器件6N137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U6，其3引脚和5V电源隔离单元中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470 Ω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U9的3引脚相连，电容C12另一端和U9的4引脚相连；电阻R9 ―端U9的3引脚相连，电阻R9的另一端和U9的4引脚相连。如图4所示，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Ul的57引脚和复位芯片U5的2弓丨脚相连。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Cll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Ul的61引脚、62引脚分别和晶振电路相连。 晶振电路中晶振Yl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JPl相连，其中处理器的20引脚和接插件JPl的3引脚相连，24引脚和接插件JPl的11引脚相连，52引脚和接插件JPl的7引脚相连，56引脚和接插件JPl的9引脚相连，57引脚和接插件JPl的15引脚相连，60引脚和接插件JPl的5引脚相连，64引脚和接插件JPl的13引脚相连；接插件 JPl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JPl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Rl的一端和接插件JP2的1引脚相连，电阻Rl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弓丨脚相连，另一端接地；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。本实用新型的工作过程为锂电池提供的7. 4V电源电压通过5V电压转换电路输出5V电压，为CAN传输模块、3. 3V电压转换电路和1. 8V电压转换电路提供电源；3. 3V电压转换电路为处理器模块和环境参数采集模块提供电源；1. 8V电压转换电路为处理器模块提供电源。整个系统通断由单刀双掷开关Sl控制。节点设备完成一次数据采集和发送的过程如下首先，处理器发送命令启动环境参数采集模块采集相应的环境参数，处理器等待参数采集完毕后通过SPI或1 接口电路读取相应参数；然后，处理器对采集到的环境参数做适当处理；接着，处理器通过CAN接口将数据发送至CAN传输模块；最后，CAN传输模块将数据发送至CAN总线。本实用新型提供了一种可用于化工安全监控的CAN总线传感器节点，能为化工等高危企业提供远距离、可靠、实时的现场环境参数与设备参数监测服务。
权利要求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，其3引脚和5V电源隔离单元中 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TO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470 Ω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U9的3引脚相连，电容C12另一端和U9的4引脚相连；电阻R9 ―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Ul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Cll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Ul的61引脚、62引脚分别和晶振电路相连；晶振电路中晶振Yl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Cl、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JPl相连，其中处理器的20引脚和接插件JPl的3引脚相连，24引脚和接插件JPl的11引脚相连，52引脚和接插件JPl的7引脚相连，56引脚和接插件JPl的9引脚相连，57引脚和接插件JPl的15引脚相连，60引脚和接插件JPl的5引脚相连，64引脚和接插件JPl的13引脚相连；接插件JPl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JPl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Rl的一端和接插件JP2的1引脚相连，电阻Rl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。
专利摘要本实用新型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。本实用新型传输距离远、实时性强。
文档编号G05B19/418GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者吴斌, 蒋鹏 申请人:杭州电子科技大学USB转接芯片_百度文库
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怎么检查电路原理图
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往往我画完电路原理图知道要检查检查哪些入手检查呢检查原理图需要注意哪些呢面听我根据我经验道1. 检查所芯片封装图引脚否误 我指自画芯片封装我项目曾经芯片2引脚画反导致制版跳线难看 所检查与原理图前定要芯片封装入手坚决错误封装扼杀摇篮2. 使用protelTools-&ERC电气规则检查根据其文件排错 指protel99ERC电气规则检查DXP应该相应菜单完检查用帮查找错误根据错误文件照着错误文件检查原理图应该惊叹：我仔细画图竟错误啊3. 检测所网络节点net否都连接确（重点） 般容易现错误： (1) 本两net应该相连接却标致例我曾经主芯片DDR钟脚标DDR_CLKDDR芯片应钟脚标DDRCLK由于名字致其实两脚没连接起 (2) net标该net另端却忘记标 (3) 同net标号重复使用导致全部连接起4. 检测各芯片功能引脚否都连接确检测所芯片否遗漏引脚连接划X 芯片功能引脚定要连错例我使用音频处理芯片LCLK、BCLK、MCLK三钟引脚与主芯片三音频钟引脚定要应连反能工作 否遗漏引脚其实容易排查仔细观察各芯片看否没遗漏没连接引脚查查datasheet看看该引脚功能系统需要使用X该引脚X掉5. 检测所外接电容、电、电阻取值否根据随意取值 其实新手画原理图清楚某些外围电阻、电容取值千万要随意取值往往些外围电路电阻、电容取值芯片datasheet都说明datasheet给典型参考电路或者些电阻电容计算公式要足够细部电阻电容取值都找依据偶尔实找依据网搜搜其设计案例或者典型连接参考总要随意设置些取值6. 检查所芯片供电端否加电容滤波 电源端电容滤波重要性用我说其实做硬件都应该知道般情况电路电源输入端引进些纹波防止些纹波芯片逻辑造太影响往往需要芯片供电端旁边加些0.1uf类电容起些滤波效检查电路原理图仔细观察否必要芯片电源端加滤波电路呢7. 检测系统所接口电路 接口电路般包括系统输入输需要检查输入否应保护等输否足够驱能力等 输入保护般：反冲电流保护、光耦隔离、压保护等等 输驱能力足需要加些拉电阻提高驱能力8. 检查各芯片否电、复位先顺序要求若要求则需要设计相应延电路 例我项目使用DM6467芯片供电电压电先顺序要求必须先给1.2V电源端供电给1.8V电源端供电给3.3V电源端供电我电源芯片产三种电压通延芯片处理（其实使用三极管利用钳位电压）再依输送主芯片9. 检查各芯片该接模拟接模拟该接数字否接数字数字与模拟间否隔 般处理模拟信号芯片：传器芯片、模拟信号采集芯片、AD转换芯片、功放芯片、滤波芯片、载波芯片、DA转换芯片、模拟信号输芯片等等往往系统存些处理模拟信号芯片或者电路才涉及模拟数字 般芯片接脚该连接模拟数字芯片手册都说明按照datasheet连接10. 观察各模块否更优解决案（选） 其实刚刚设计原理图初稿往往没想整系统型往往发现其实改进优化我项目电源模
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自己做的FPGA最小系统芯片是ALTERA的EP2C5T144C8N，上电后，万用表测IO引脚是3V，正常应该是0，为什么？
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要看芯片编程前设置：所没使用引脚何设置：高阻拉VCC拉GND选择2则万用表测量必定3.3V选择1则万用表测量能3V其推能力限10K电阻接即让其测量值0V选择3则应该0V
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1楼说补充：画图候外部没接拉软件配置IO口输调整输0实际测0说明初始状态1（要改善点加拉电阻比4.7k）调整输0（保证端口配置确）3V看看路否电源短路另外种情况其外设馈电导致做系统应该没面影响
编程完成后，在生产下载的.SOF或者.pof文件时要分配I/O脚,就在分配IO的时候，你可以选择空闲IO的输出电平，还有要选择电平逻辑，比如TTL，LVTTL,LVCOMS........
空闲IO怎么设置输出电平？
楼上说的对，得看你的quartusII里面的设置默认电平值
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