CN211181050U - 电控柜综合状态智能采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供基于电控柜综合状态智能采集器，包括采集模块和CPU模块，采集模块和CPU模块电性连接，采集模块通过CAN总线上传至上位机以实现数据通信，CPU模块电性连接有外部系统设备，CPU模块通过数据接口将数据发送至外部系统设备实现数据传输，CPU模块包括单片机和CAN控制器，单片机和CAN控制器电性连接，单片机用于处理欲发送至CAN总线的数据和从CAN总线接收的数据，CAN控制器用于将数据转换成CAN总线电平信号并将CAN总线上的电平信号转换成数据。本实用新型克服了目前电控柜中各采集系统间各自独立的缺点，提高了电控柜的集成度。

Description

电控柜综合状态智能采集器

技术领域

本实用新型涉及电气自动化技术领域，具体涉及电控柜综合状态智能采集器。

背景技术

现场总线技术是计算机技术和自动化技术相结合的产物，是工业控制的新领域。所谓现场总线技术是计算机控制网络的一种，用来在工业现场中作为控制中心和现场设备之间的串行通信网络总线。其中CAN总线是目前使用较为广泛的现场总线标准之一，CAN总线作为一种工业界流行的总线广泛应于控制设备、工业自动化、交通、医疗仪器以及建筑、环境控制等各个行业中。

由于在工控现场中，有着各种各样的干扰源以及不可预见的突发事件，因此要求整个系统都必须具有很高的抗干扰能力和纠错能力，同时还需要对从现场采集到的各种模拟与数字信号进行及时的传输，并且对上位机发出的命令与数据做到实时的响应。这就要求被选择的总线标准精确可靠、抗干扰性强、实时性高。目前电控柜传统的总线在系统设计过程中存在诸多限制，各采集系统间各自独立的缺点，电控柜的集成度不高，通用性不强，功能扩展较为困难。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的问题是提供电控柜综合状态智能采集器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：电控柜综合状态智能采集器，包括采集模块和CPU模块，所述采集模块和所述CPU模块电性连接，所述采集模块通过CAN总线上传至上位机以实现数据通信，所述CPU模块电性连接有外部系统设备，所述CPU模块通过数据接口将数据发送至所述外部系统设备实现数据传输，所述CPU模块包括单片机和CAN控制器，所述单片机和所述CAN控制器电性连接，所述单片机用于处理欲发送至CAN总线的数据和从CAN总线接收的数据，所述CAN控制器用于将数据转换成CAN总线电平信号并将CAN总线上的电平信号转换成数据。

在本实用新型中，优选地，所述采集模块包括消防电源模块、电气火灾模块、能源管理模块、母排温度模块、温湿度模块和开关量模块，所述消防电源模块、所述电气火灾模块、所述能源管理模块、所述母排温度模块、所述温湿度模块和所述开关量模块均配置有一CAN-ID，所述采集模块用于实现数据信息的采集并通过其所述CAN-ID向CAN总线广播数据，所述CPU模块用于接收CAN总线的数据，并通过CAN_ID识别判断该数据与所述采集模块对应匹配。

在本实用新型中，优选地，所述单片机电性连接有DC/DC转换器，所述DC/DC转换器的输出端通过A/D转换器和所述单片机相连，所述A/D转换器用于将采集模块采集到的模拟量信号转换成数字量信号提供给所述单片机。

在本实用新型中，优选地，所述单片机通过串行接口和所述采集模块进行数据传输，所述单片机和所述A/D转换器之间以及所述单片机和所述采集模块之间均配置有用以实现模拟信号与数字信号隔离的隔离器。

在本实用新型中，优选地，所述CAN控制器和所述CAN收发器之间配置有所述隔离器。

在本实用新型中，优选地，所述隔离器设置为光耦隔离芯片。

在本实用新型中，优选地，所述CAN控制器包括接口逻辑管理、发送缓冲器、接收缓冲器、验收滤波器和CAN总线核心模块，所述接口逻辑管理用于解析来自所述单片机的操作指令并将解析后的数据传输至所述发送缓冲器，所述CAN总线核心模块用于控制数据流并执行总线上的错误检测和错误处理，所述CAN总线核心模块将读出的数据通过CAN收发器传输至CAN总线上，接收数据时经由所述验收滤波器与接收到的报文标识码进行比较判断是否接收，如接收则保存在所述接收缓冲器中，所述接收缓冲器用于存储从CAN总线收到并认可的信息。

在本实用新型中，优选地，所述CAN控制器的型号设置为SJA1000。

在本实用新型中，优选地，所述CAN总线核心模块包括位流处理器、位时序逻辑和错误管理逻辑。

在本实用新型中，优选地，所述CAN收发器采用的是TJA1042型号收发器，所述CAN收发器的STB端子用于进行工作模式和待机模式的切换，当STB端子为低电平时所述CAN收发器处于工作模式，所述CAN收发器通过CANH端子和CANL端子进行数据收发。

本实用新型具有的优点和积极效果是：电控柜综合状态智能采集器，在对消防电源系统数据、电气火灾系统数据、能源管理系统数据以及环控柜重要信息进行采集，并为外部系统和外部设备提供数据接口，以便于数据共享。系统采用模块化设计，各模块之间通过CAN总线进行数据通信，分别为CPU模块、消防电源模块、电气火灾模块、能源管理模块、母排温度监测模块、温湿度采集模块、开关量采集模块。其中，除CPU模块为必要模块外，其它模块可根据实际需要进行组合，克服了目前电控柜中各采集系统间各自独立的缺点，提高了电控柜的集成度；此外，电控柜综合状态智能采集器，其模块化的结构、可自由组合的特点使电控柜具备了灵活的数据采集功能。不仅如此，以往的消防电源系统、电气火灾系统、能源管理系统与电控柜为各自独立的平级系统，由不同厂家供货及维护，本系统将以上功能统统纳入，大大提高了电控柜的集成度，便于外部系统或外部设备进行信息的读取，同时便于维护。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的电控柜综合状态智能采集器的电路框图；

图2是本实用新型的电控柜综合状态智能采集器的单片机的电路框图；

图3是本实用新型的电控柜综合状态智能采集器的CAN控制器的原理图；

图4是本实用新型的电控柜综合状态智能采集器的CAN收发器的原理图；

图5是本实用新型的电控柜综合状态智能采集器的采集模块接入系统的流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图5所示，本实用新型提供电控柜综合状态智能采集器，包括采集模块和CPU模块，采集模块和CPU模块电性连接，采集模块通过CAN总线上传至上位机以实现数据通信，CPU模块电性连接有外部系统设备，CPU模块通过数据接口将数据发送至外部系统设备实现数据传输，CPU模块包括单片机和CAN控制器，单片机和CAN控制器电性连接，单片机用于处理欲发送至CAN总线的数据和从CAN总线接收的数据，CAN控制器用于将数据转换成CAN总线电平信号并将CAN总线上的电平信号转换成数据。

在本实施例中，进一步地，采集模块包括消防电源模块、电气火灾模块、能源管理模块、母排温度模块、温湿度模块和开关量模块，消防电源模块、电气火灾模块、能源管理模块、母排温度模块、温湿度模块和开关量模块均配置有一CAN-ID，采集模块用于实现数据信息的采集并通过其CAN-ID向CAN总线广播数据，CPU模块用于接收CAN总线的数据，并通过CAN_ID识别判断该数据与采集模块对应匹配。消防电源模块、电气火灾模块、能源管理模块、母排温度模块、温湿度模块和开关量模块分别用于实现消防电源监测功能、电气火灾监测功能、能源管理功能、母排温度监测功能、温湿度监测功能以及开关量采集功能，可根据工业生产的实际需求灵活地扩展其他功能模块。

在本实施例中，进一步地，单片机电性连接有DC/DC转换器，DC/DC转换器的输出端通过A/D转换器和单片机相连，A/D转换器用于将采集模块采集到的模拟量信号转换成数字量信号提供给单片机。由于单片机接收的是数字量信号，而采集模块采集数据的是模拟量信号，所以在单片机和采集模块之间设置有A/D转换器，且单片机对供电DC/DC转换器的监控也是通过A/D转换器完成的。

在本实施例中，进一步地，单片机通过串行接口和采集模块进行数据传输，单片机和A/D转换器之间以及单片机和采集模块之间均配置有用以实现模拟信号与数字信号隔离的隔离器。

在本实施例中，进一步地，CAN控制器和CAN收发器之间配置有隔离器。在CAN控制器和CAN收发器之间也配置有隔离器，是为了避免采用CAN总线进行通信的采集模块中各个节点之间的相互干扰，使得消防电源模块、电气火灾模块、能源管理模块、母排温度模块、温湿度模块、开关量模块各司其职，相互独立，有效保证了数据传输过程的抗干扰性。

在本实施例中，进一步地，隔离器设置为光耦隔离芯片。光耦隔离芯片能够实现CAN总线上各个节点之间的电气隔离，减少彼此间的电气干扰，保护CAN控制器。

在本实施例中，进一步地，CAN控制器包括接口逻辑管理、发送缓冲器、接收缓冲器、验收滤波器和CAN总线核心模块，接口逻辑管理用于解析来自单片机的操作指令并将解析后的数据传输至发送缓冲器，CAN总线核心模块用于控制数据流并执行总线上的错误检测和错误处理，CAN总线核心模块将读出的数据通过CAN收发器传输至CAN总线上，接收数据时经由验收滤波器与接收到的报文标识码进行比较判断是否接收，如接收则保存在接收缓冲器中，接收缓冲器用于存储从CAN总线收到并认可的信息。

在本实施例中，进一步地，CAN控制器的型号设置为SJA1000。SJA1000型号的CAN控制器和单片机配合使用的连接线路较为简单，具有成本低，传输距离较长的优点。

在本实施例中，进一步地，CAN总线核心模块包括位流处理器、位时序逻辑和错误管理逻辑。SJA1000型号的CAN控制器是一种独立的CAN控制器芯片，支持CAN2.0A/B协议，通信速率高达1Mbps，且自带收发缓冲区，能够自动完成CAN-bus协议的解析。SJA1000与单片机的接口开发难度不高，单片机可将SJA1000视为外部存储器，以访问外部RAM的方式访问SJA1000。

在本实施例中，进一步地，CAN收发器采用的是TJA1042型号收发器，CAN收发器的STB端子用于进行工作模式和待机模式的切换，当STB端子为低电平时CAN收发器处于工作模式，CAN收发器通过CANH端子和CANL端子实现数据的收发。

本实用新型的工作原理和工作过程如下：本系统采用模块化设计，可将采集模块按需求挂载至CPUCPU模块后，模块间利用CAN总线进行数据通信，具体是采集模块将数据信息采集完成后，经由各自独立的CAN_ID向CAN总线上广播数据，CPUCPU模块接收CAN总线上的数据，并通过识别CAN_ID判断所接收数据为何种采集模块所发送，之后存入相应的数据存储区。与此同时，如CPUCPU模块接收到外部系统或外部设备的数据读取请求，则将所需要的数据通过数据接口发送至外部系统或外部设备，完成数据共享。

在本系统中，CPU模块包括单片机和CAN控制器。其中，单片机负责处理欲发送至CAN总线的数据和已从CAN总线接收的数据，而CAN控制器则负责将数据转换成CAN总线电平信号并将CAN总线上的电平信号转换成数据。由于采用模块化的设计，用户可根据实际需求选择所要接入的数据采集模块，为新接入的数据采集模块分配CAN_ID的具体过程是这样的：首先，系统中各功能模块的CAN_ID被安排在特定的CAN_ID段内，如CPU模块的CAN_ID为0x100，消防电源模块的CAN_ID范围为0x2**，电气火灾模块的CAN_ID范围为0x3**,能源管理模块的CAN_ID范围为0x4**，母排温度监测模块的CAN_ID范围为0x5**，柜内温湿度采集模块的CAN_ID范围为0x6**，开关量采集模块的CAN_ID范围为0x7**。CPU模块可根据所接收数据帧的CAN_ID判断该数据帧何种模块发送；其次，每个采集模块均具有两个CAN_ID，其中一个供发送数据使用，另外一个供接收数据使用。首次接入系统的采集模块的初始发送数据CAN_ID为“CAN_ID范围+0xFF”,CPU模块接收到此CAN_ID的数据帧后向该模块的初始接收数据CAN_ID(地址为CAN_ID范围+0xEE)发送CAN_ID配置数据帧。模块配置后的发送数据CAN_ID和接收数据CAN_ID相邻，即发送数据CAN_ID＝接收数据CAN_ID+1；再者，在采集模块接收到CAN_ID配置数据帧后，立即根据数据帧中的数据配置发送数据CAN_ID和接收数据CAN_ID，并储存在EEPROM中，以免模块掉电后丢失CAN_ID数据。

各采集模块向CPU模块所发送数据帧中数据段共8字节，且采用Intel编码格式，各模块数据定义为：消防电源模块，第一路电压(2字节)+第二路电压(2字节)+0x00000000；电气火灾模块，4-20mA信号(2字节)+0x000000000000；能源管理模块，电压(2字节)+电流(2字节)+功率(2字节)+0x0000；母排温度模块，L排温度(2字节)+N排温度(2字节)+0x00000000；温湿度模块，柜内温度(2字节)+柜内湿度(2字节)+0x00000000；开关量模块，位0+位1+位2+位3+位4+位5+位6+位7+0x00000000000000。

CPU模块根据CAN_ID的范围区分数据解析格式，并将解析后的数据放入存储区，且为不同功能的采集模块的数据进行“编址”，以便于外部系统或外部设备通过数据接口读取。数据接口采用应用较为广泛的Modbus_RTU协议，CPU模块接收到外部系统或外部设备的数据读取请求后，根据请求中的数据地址和个数在存储区内“寻址”，最后将数据回复给外部系统或外部设备。

电控柜综合状态智能采集器，旨在对消防电源系统数据、电气火灾系统数据、能源管理系统数据以及环控柜重要信息进行采集，并为外部系统和外部设备提供数据接口，以便于数据共享。系统采用模块化设计，各模块之间通过CAN总线进行数据通信，分别为CPU模块、消防电源模块、电气火灾模块、能源管理模块、母排温度监测模块、温湿度采集模块、开关量采集模块。其中，除CPU模块为必要模块外，其它模块可根据实际需要进行组合，克服了目前电控柜中各采集系统间各自独立的缺点，提高了电控柜的集成度；电控柜综合状态智能采集器，其模块化的结构、可自由组合的特点使电控柜具备了灵活的数据采集功能。不仅如此，以往的消防电源系统、电气火灾系统、能源管理系统与电控柜为各自独立的平级系统，由不同厂家供货及维护，本系统将以上功能统统纳入，大大提高了电控柜的集成度，便于外部系统或外部设备进行信息的读取，同时便于维护。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.电控柜综合状态智能采集器，其特征在于，包括采集模块和CPU模块，所述采集模块和所述CPU模块电性连接，所述采集模块通过CAN总线上传至上位机以实现数据通信，所述CPU模块电性连接有外部系统设备，所述CPU模块通过数据接口将数据发送至所述外部系统设备实现数据传输，所述CPU模块包括单片机和CAN控制器，所述单片机和所述CAN控制器电性连接，所述单片机用于处理欲发送至CAN总线的数据和从CAN总线接收的数据，所述CAN控制器用于将数据转换成CAN总线电平信号并将CAN总线上的电平信号转换成数据。

2.根据权利要求1所述的电控柜综合状态智能采集器，其特征在于，所述采集模块包括消防电源模块、电气火灾模块、能源管理模块、母排温度模块、温湿度模块和开关量模块，所述消防电源模块、所述电气火灾模块、所述能源管理模块、所述母排温度模块、所述温湿度模块和所述开关量模块均配置有一CAN-ID，所述采集模块用于实现数据信息的采集并通过其所述CAN-ID向CAN总线广播数据，所述CPU模块用于接收CAN总线的数据，并通过CAN_ID识别判断该数据与所述采集模块对应匹配。

3.根据权利要求1所述的电控柜综合状态智能采集器，其特征在于，所述单片机电性连接有DC/DC转换器，所述DC/DC转换器的输出端通过A/D转换器和所述单片机相连，所述A/D转换器用于将采集模块采集到的模拟量信号转换成数字量信号提供给所述单片机。

4.根据权利要求3所述的电控柜综合状态智能采集器，其特征在于，所述单片机通过串行接口和所述采集模块进行数据传输，所述单片机和所述A/D转换器之间以及所述单片机和所述采集模块之间均配置有用以实现模拟信号与数字信号隔离的隔离器。

5.根据权利要求4所述的电控柜综合状态智能采集器，其特征在于，所述CAN控制器和所述CAN收发器之间配置有所述隔离器。

6.根据权利要求5所述的电控柜综合状态智能采集器，其特征在于，所述隔离器设置为光耦隔离芯片。

7.根据权利要求1所述的电控柜综合状态智能采集器，其特征在于，所述CAN控制器包括接口逻辑管理、发送缓冲器、接收缓冲器、验收滤波器和CAN总线核心模块，所述接口逻辑管理用于解析来自所述单片机的操作指令并将解析后的数据传输至所述发送缓冲器，所述CAN总线核心模块用于控制数据流并执行总线上的错误检测和错误处理，所述CAN总线核心模块将读出的数据通过CAN收发器传输至CAN总线上，接收数据时经由所述验收滤波器与接收到的报文标识码进行比较判断是否接收，如接收则保存在所述接收缓冲器中，所述接收缓冲器用于存储从CAN总线收到并认可的信息。

8.根据权利要求1所述的电控柜综合状态智能采集器，其特征在于，所述CAN控制器的型号设置为SJA1000。

9.根据权利要求1所述的电控柜综合状态智能采集器，其特征在于，所述CAN总线核心模块包括位流处理器、位时序逻辑和错误管理逻辑。

10.根据权利要求1所述的电控柜综合状态智能采集器，其特征在于，所述CAN收发器采用的是TJA1042型号收发器，所述CAN收发器的STB端子用于进行工作模式和待机模式的切换，当STB端子为低电平时所述CAN收发器处于工作模式，所述CAN收发器通过CANH端子和CANL端子进行数据收发。

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