一種基于can總線的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及稱重技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于CAN總線的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]軌道衡是安裝在鐵路上對(duì)列車裝載貨物重量進(jìn)行計(jì)量的設(shè)備。軌道衡通常由承重臺(tái)、傳感器、稱重顯示器及數(shù)字打印機(jī)等輔助設(shè)備組成，能夠自動(dòng)顯示稱重?cái)?shù)值，具有遠(yuǎn)傳信息、連續(xù)計(jì)量等特點(diǎn)。由于這些特點(diǎn)，目前軌道衡技術(shù)已經(jīng)廣泛被應(yīng)用于工廠、礦山、冶金、外貿(mào)和鐵路部門對(duì)貨車散裝貨物的稱重。
[0003]目前，常見(jiàn)的軌道衡采用的傳感器為模擬信號(hào)傳感器，一般情況下每一個(gè)傳感器都有一根信號(hào)線走幾十米穿線管接入總控制器，需要更換傳感器時(shí)比較困難，而且模擬信號(hào)易受干擾，不便于長(zhǎng)距離傳輸。采用串行接口傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)軌道衡存在采樣速率較慢的問(wèn)題。
[0004]控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network，CAN)是由德國(guó)BOSCH公司于1986年開(kāi)發(fā)出的面向汽車且最終ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。，其目前已經(jīng)成為了國(guó)際上應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。
[0005]CAN是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。與目前許多RS-485基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言，基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)具有以下方面的明顯優(yōu)越性:(1)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)；(2)具有完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而大大降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度，能夠有效縮短開(kāi)發(fā)周期；(3)通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)且性價(jià)比高。由于CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性等良好性能及獨(dú)特設(shè)計(jì)，CAN總線越來(lái)越受到人們的重視。
[0006]除了最初在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用，CAN總線目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器及建筑、環(huán)境控制等眾多部門?？刂破骶植烤W(wǎng)在國(guó)內(nèi)越獲得了較為普及的推廣。在軌道衡領(lǐng)域，現(xiàn)有技術(shù)中也出現(xiàn)了一些有關(guān)CAN總線的應(yīng)用。例如，在201020532762.3號(hào)中國(guó)實(shí)用新型專利中就提出了一種基于CAN總線的動(dòng)態(tài)軌道衡稱重儀器；徐順清也提出了一種基于CAN總線的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)。這些方案的提出，解決了長(zhǎng)期以來(lái)軌道衡施工時(shí)需要穿很多根幾十米線纜的問(wèn)題，拆換、維修傳感器也更加方便。
[0007]然而，現(xiàn)有技術(shù)中的CAN總線的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)存在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)不夠完善，功能不全，現(xiàn)有功能電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化，例如放大電路結(jié)構(gòu)不夠優(yōu)化、共模抑制比不足、對(duì)傳感器的適應(yīng)能力不佳等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種新穎的基于CAN總線的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)，其中通過(guò)對(duì)各功能電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，提高了對(duì)傳感器電路的適應(yīng)性，改善了數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性、系統(tǒng)的可操縱性及抗干擾性等。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的基于CAN總線的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)，其主要包括傳感器電路、信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、CAN總線接口電路、CAN總線及上位機(jī)。其中，所述傳感器電路中采用電阻應(yīng)變片式傳感器。所述信號(hào)放大電路為包括兩個(gè)運(yùn)算放大器Ul和U2的兩級(jí)差分放大電路，外部直流電源經(jīng)穩(wěn)壓和濾波處理后向所述信號(hào)放大電路供電。所述CAN總線接口電路包括CAN總線控制器、光學(xué)耦合器及CAN總線收發(fā)器，所述CAN總線控制器與CAN總線收發(fā)器之間通過(guò)光學(xué)耦合器進(jìn)行通信，所述CAN總線控制器被設(shè)置成用于控制所述軌道衡計(jì)量系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)及故障報(bào)警信號(hào)。
[0010]所述傳感器電路包括應(yīng)變?nèi)珮螂娐?，以改善測(cè)量靈敏度。
[0011]所述信號(hào)放大電路包括第一級(jí)放大電路和第二級(jí)放大電路。在第一級(jí)放大電路中，信號(hào)輸入端IN+、IN-分別經(jīng)電阻Rl和R2接入運(yùn)算放大器Ul的引腳2和引腳3，構(gòu)成差分輸入，同時(shí)信號(hào)輸入端IN+還電連接有電容C2，信號(hào)輸入端IN-還連接電阻R3和電容Cl的并聯(lián)電路，電容Cl、C2和電阻R3的另一端電連接在一起，通過(guò)并聯(lián)電容Cl和C2能夠?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行濾波。運(yùn)算放大器Ul的引腳I經(jīng)電阻R7與引腳8形成電連接。運(yùn)算放大器Ul的引腳4與地GND電連接。運(yùn)算放大器Ul的引腳5經(jīng)電阻R5被接至地GND。運(yùn)算放大器Ul的引腳6經(jīng)電阻R17、電阻R4與電容C3的并聯(lián)電路、及電阻Rl與運(yùn)算放大器Ul的引腳2電連接，構(gòu)成電壓反饋放大回路。運(yùn)算放大器Ul的引腳7經(jīng)電阻R8與電源Vcc形成電連接。電源Vcc通過(guò)電容C4與電容C5和電阻R6的并聯(lián)電路連接至地GND，為電源Vcc的輸出信號(hào)提供穩(wěn)壓處理。差分輸入的模擬信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器Ul放大后經(jīng)引腳6輸出第一級(jí)放大信號(hào)。第二級(jí)放大電路包括運(yùn)算放大器U2，運(yùn)算放大器Ul的引腳6經(jīng)電阻Rll電連接至運(yùn)算放大器U2的引腳3，將第一級(jí)放大信號(hào)引入第二級(jí)放大電路中。運(yùn)算放大器U2的引腳2經(jīng)電阻RlO電連接至可變電阻R9的腳1，可變電阻R9的腳3與電源Vcc電連接，腳2與地GND形成電連接。運(yùn)算放大器U2的引腳I經(jīng)電阻R12與可變電阻R14的腳3電連接，運(yùn)算放大器U2的引腳8電連接至可變電阻R14的腳I。運(yùn)算放大器U2的引腳7經(jīng)電阻R13與電源Vcc電連接。運(yùn)算放大器U2的引腳4經(jīng)電容C6電連接至地GND，同時(shí)又經(jīng)電阻R16與電源-Vcc電連接。運(yùn)算放大器U2的引腳5與第一級(jí)放大電路共同與地GND形成電連接。運(yùn)算放大器U2的引腳6經(jīng)電阻R15連接信號(hào)輸出端OUT，同時(shí)經(jīng)電容C7電連接電源_Vcc。輸出端OUT經(jīng)電容C8與地GND形成電連接。其中，運(yùn)算放大器U2的引腳I與電阻RlO形成分壓電路，通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻R9的阻值，可以改變電阻RlO的分壓阻值，實(shí)現(xiàn)放大電壓的調(diào)節(jié)功能。由于引腳2為正向輸入端，由此可以通過(guò)該引腳2引入正向電壓與引腳3的輸入形成差分輸入，然后可以通過(guò)調(diào)節(jié)該正向輸入電壓提供調(diào)零功能，消除由于電橋不平衡造成的輸出對(duì)信號(hào)檢測(cè)的影響。
[0012]所述A/D轉(zhuǎn)換電路采用24位Σ -Λ型A/D轉(zhuǎn)換器AD7734，其中，AD7734的引腳AINl連接信號(hào)輸入端IN ;引腳MCLK IN和MCLK OUT分別連接晶振X的兩端，同時(shí)晶振X的兩端分別經(jīng)電容Cad2和Cad3與地GND電連接；引腳REF IN (+)經(jīng)電容Cadl與地GND電連接，同時(shí)連接可變電阻Radl的腳3 ;引腳REF IN㈠與地GND電連接，同時(shí)電連接可變電阻Radl的腳2，可變電阻Radl的腳I與轉(zhuǎn)換器的引腳AIN4電連接；引腳DVdd被連接至+5V直流電源，同時(shí)經(jīng)電容Cad4與地GND電連接；引腳DGND與地GND電連接，同時(shí)經(jīng)電容Cad5與引腳DVdd電連接；引腳AVdd連接+5V交流電源，同時(shí)經(jīng)電容Cad6與地GND電連接；弓|腳AGND與地GND電連接，同時(shí)經(jīng)電容Cad7與引腳AVdd電連接；引腳DOUT連接信號(hào)輸出端0UT，輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)。
[0013]所述CAN總線控制器為PIC18F258 CAN總線控制器，所述總線收發(fā)器為MCP2551CAN總線收發(fā)器；數(shù)字信號(hào)被發(fā)送至所述總線控制器的SDI端口，所述總線控制器的CANTX端口經(jīng)所述光電耦合器與所述總線收發(fā)器的TXD端口連接，CANRX端口經(jīng)光電耦合器與所述總線收發(fā)器的RXD端口連接，所述總線收發(fā)器的端口 CANH、CANL分別經(jīng)電阻與CAN總線相連，所述端口 CANH、CANL還分別經(jīng)電容與地GND連接，所述總線收發(fā)器的端口 RS經(jīng)120歐姆電阻與地GND電連接。
[0014]在所述CAN總線控制器中，還可以將其RC3端口設(shè)置成用于控制計(jì)量系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)。進(jìn)一步地，還可以將所述總線控制器的端口 INTO設(shè)置成用于接收計(jì)量系統(tǒng)的故障信號(hào)。
[0015]
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的基于CAN總線的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)的一般原理圖；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的基于CAN總線的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)中信號(hào)放大電路的原理圖； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的基于CAN總線的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換電路的原理圖。
[0017]
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1示出了基于CAN總線的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)的一般構(gòu)成。整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)主要由傳感器電路、信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、CAN總線接口電路、CAN總線及上位機(jī)構(gòu)成。其中傳感器電路中采用電阻應(yīng)變片式傳感器，包括傳感器電路、信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路的計(jì)量單元通過(guò)CAN總線接口電路接入CAN總線，進(jìn)而與上位機(jī)進(jìn)行通信，從而構(gòu)成一個(gè)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量的目的，同時(shí)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、可靠性及傳輸速度。
[0019]基于CAN總線的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)的工作流程大致如下:稱重物體(通常為載有待稱貨物的列車)到達(dá)稱重臺(tái)面時(shí)，位于臺(tái)面下方的電阻應(yīng)變片式傳感器因受到壓力作用而產(chǎn)生形變，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成應(yīng)變片的阻值大小發(fā)生變化，傳感器電路輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)發(fā)送給信號(hào)放大電路，放大電路將模擬信號(hào)進(jìn)行放大，使其適于進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將經(jīng)放大的模擬信號(hào)輸出到A/D轉(zhuǎn)換器中，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為可通過(guò)CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)經(jīng)CAN總線接口電路被發(fā)送到CAN總線進(jìn)行傳輸，最后CAN信號(hào)被轉(zhuǎn)換成RS232信號(hào)送至上位機(jī)(例如PC)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理或顯示。
[0020]為了準(zhǔn)確反映車皮的重量，采用橋式電路來(lái)取得電阻應(yīng)變片式傳感器的輸出信號(hào)。應(yīng)變式傳感器輸出的信號(hào)通常為差模信號(hào)且其原始輸出信號(hào)較為微弱，其中往往含有較大的共模信號(hào)，而這種共模信號(hào)在信號(hào)強(qiáng)度上可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有效的差模信號(hào)。因此，在本發(fā)明的軌道衡計(jì)量系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一種信號(hào)放大電路，其能夠在精確放大信號(hào)的同時(shí)，提供高的增益及共模抑制比，并且保證具有較低的漂移和噪聲，并且對(duì)傳感器電路的適應(yīng)能力提尚。
[0021]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)放大電路的原理圖。如圖所示，該信號(hào)放大電路包括兩個(gè)運(yùn)算放大器Ul和U2的兩級(jí)信號(hào)放大電路。
[0022]在包括運(yùn)算放大器Ul的第一級(jí)放大電路中，信號(hào)輸入端IN+、IN-分別經(jīng)電阻Rl和R2接入運(yùn)算放大器Ul的引腳2和引腳3，構(gòu)成差分輸入。信號(hào)輸入端IN+還電連接有電容C2，信號(hào)輸入端IN-還連接電阻R3和電容Cl的并聯(lián)電路，電容C1、C2和電阻R3的另一端電連接在一起，其中電容Cl和C2將能夠?qū)斎胄盘?hào)提供濾波作用。運(yùn)算放大器Ul的引腳I通過(guò)電阻R7與引腳8形成電連接。運(yùn)算放大器Ul的引腳4與地GND形成電連接。運(yùn)算放大器Ul的引腳5經(jīng)電阻R5與地GND形成電連接。運(yùn)算放大器Ul的引腳6經(jīng)電阻R17、電阻R4與電容C3的并聯(lián)電路、及電阻Rl與運(yùn)算放大器Ul的引腳I形成電連接，從而構(gòu)成一個(gè)電壓反饋放大回路。運(yùn)算放大器Ul的引腳7經(jīng)電阻R8與電源Ncc形成電連接。電源Vcc通過(guò)電容C4與電容C5和電阻R6的并聯(lián)電路連接地GND，從而為電源輸出信號(hào)提供穩(wěn)壓處