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基于CAN總線的礦用壓力傳感器的設(shè)計近年煤礦安全生產(chǎn)越來越 受到重視，減少煤礦事故和減少人員傷亡是煤礦生產(chǎn)的重要方面。提高煤礦安全監(jiān)控 系統(tǒng)的可靠性和準確性已經(jīng)迫在眉睫， 礦用壓力傳感器 作為監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要部分，實時檢測井下巷道和管道內(nèi)的壓力具有重要的現(xiàn)實意義。 隨著MEMS微機電技術(shù)和工藝的的土突飛猛進， 壓力檢測元件已具有較高精度和極低的功耗，較小的體積和較低成本。 美國精量電子生產(chǎn)的壓力傳感器MEAS 1220采用電流恒流供電方式。 能夠檢測0～100PSI范圍的壓力， 滿量程輸出電壓為50mV，非線性度不超過0.1％。完全能夠滿足傳感器的設(shè)計要求。 目前的礦用傳感器中信號的遠距離傳輸主要采用頻率信號、485總線和CAN總線，CAN總線與頻率信號和485總線相比具有更大的優(yōu)勢和廣 泛的應(yīng)用前景。CAN 控制器工作于多主模式，RS485總線只能工作在主從模式：CAN總線節(jié)點出現(xiàn)錯誤時具有自動關(guān)閉輸出的功能而不影響其他節(jié)點。 而RS485節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，會出現(xiàn)總線短路，從而損壞某些節(jié)點使總線鎖死 ：CAN總線節(jié)點可以點對點，一對多及廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)，具有較大的靈活性：CAN總線節(jié)點最多可設(shè)計達到110個。相對于RS485總線具有較大的優(yōu)勢 ，文中選用CAN總線傳輸壓力傳感器的壓力信號。 設(shè)計中采用LPC1752作為控制的核心處理器，LPC1752是Cortext M3 內(nèi)核的處理器，是為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用而設(shè)計的高性能、低功耗的32位微處理器，適用于儀器儀表、工業(yè)通訊、電機控制、燈光控制、報警系統(tǒng)等領(lǐng)域。 其 操作頻率高達120MHz。具有豐富的外設(shè)，4 個32位通用定時器、一個8通道12位ADC、5個UART 接口、2路CAN、3 個SSP接口、1個SPI接口、3個I2C 接 口、6 路通用PWM輸出、1個看門狗定時器以及一個獨立供電的超低功耗RTC等，使得LPC 1752能夠獨立完成對模擬信號、數(shù)字信號的采集和處理， 滿足礦用壓力傳感器產(chǎn)品設(shè)計要求。 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2 硬件電路各模塊的設(shè)計
圖2 控制核心原理圖
圖 3 電源原理框圖 （3）CAN總線模塊電路的設(shè)計 CAN總線模塊電路主要有CAN總線收發(fā)器和信號隔離電路及瞬態(tài)抑制電路構(gòu)成。 CAN總線收發(fā)器采用PCA 82 l2 5 l，PCA82C25l 是 CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口芯片， 具有高達1M baud 的通信速率，支持最少110個節(jié)點， 具有較強的抗電磁干擾能力，總線中的：點在掉電或者損壞時不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的正常通信。 LPC 1752的CAN總線控制器通過CANTD 和 CANRD引腳對CAN總線的數(shù)據(jù)進行收發(fā)，為防止總線上的電壓波動 高壓沖擊。本設(shè)計中采用隔離芯片6N137 將MCU和CAN總線隔離，6N I37的隔離電壓可以高達2500VAC，通信速率達10MBd， 完全可以達到保護MCU的性能要求和通信要求。PCA82C251的輸出端通過兩個可恢復(fù)保險絲接人CAN總線，當總線通過的電流過大時保險絲處于高阻狀態(tài)．對PCA82C25l進行保護 。 TVS管Dl和D2反向接入CANH和CANL總線之間。 當CAN總線間的電壓出現(xiàn)瞬間沖擊時．TVS管被擊穿短路， 從而對CAN總線收發(fā)器進行保護。提高了總線模塊電路的可靠性和穩(wěn)定性。 CAN總線的一端并接一只120歐的匹配電阻，用于提高總線的通信距離和穩(wěn)定性。 通信模塊電路如圖6所示 。
圖6 CAN總線傳輸模塊 3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 基于CAN總線的壓力傳感器軟件設(shè)計包括系統(tǒng)初始化組態(tài)程序、壓力數(shù)據(jù)采集程序和CAN總線數(shù)據(jù)傳輸程序。初始化業(yè)務(wù)主要由LPC1752初始化業(yè)務(wù)和CAN總線初始化業(yè)務(wù)組成。 LPC1752通過d模塊實時采集壓力數(shù)據(jù)。當壓力數(shù)值超過設(shè)定的報警限值時，控制器開啟聲光報警功能，并通過CAN總線將壓力值傳送給采礦分站:當LPC1752接收到CAN總線發(fā)回的讀取數(shù)據(jù)命令時。LPC1752將測量到的壓力數(shù)據(jù)值發(fā)送到CAN主線。CAN總線的配置主控是完成CAN總線收發(fā)數(shù)據(jù)的波特率、標識符和數(shù)據(jù)長度。整個軟件流程圖如圖7所示。 4結(jié)論 基于CAN總線的壓力傳感器設(shè)計能夠更好地檢測井下壓力數(shù)據(jù)，能夠?qū)崟r掌握井下壓力是否超標的信息。通過CAN總線傳輸具有傳輸距離遠、穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強等優(yōu)點。與傳統(tǒng)的RS485總線和頻率信號傳輸方式相比，CAN總線具有人節(jié)點多、傳輸距離遠、通信可靠等優(yōu)點，適用于井下監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的搭建。通過實際現(xiàn)場測試和老化實驗，基于CAN總線的壓力傳感器對井下壓力具有較強的實時性，并能根據(jù)壓力變化準確地進行聲光報警。CAN干線傳輸距離超過5公里，傳感器運行穩(wěn)定可靠。它可以滿足監(jiān)控系統(tǒng)中壓力傳感器的設(shè)計要求。 |
