專利名稱：基于can總線的分布式電氣負(fù)載控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電氣負(fù)載的控制裝置，可用于對飛機(jī)、汽 車、智能樓宇的儀器設(shè)備的控制。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的電子儀器設(shè)備被集成在飛機(jī)、汽車、智能樓 宇等應(yīng)用載體之中，為了解決給不同的設(shè)備分配相應(yīng)的電源供電的問題，配電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而 生，而電氣負(fù)載控制技術(shù)是配電技術(shù)的核心。常規(guī)配電系統(tǒng)中的電氣負(fù)載控制方式為離散信號控制線方式，屬于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)類 型，需要大量的連接控制導(dǎo)線、接插件和斷路器，設(shè)計(jì)復(fù)雜、維護(hù)困難、元器件數(shù)量繁多、導(dǎo) 線線束過多過粗，如某大型客機(jī)的配電和控制用的電纜長達(dá)20萬米以上，重約2噸多，斷路 器多達(dá)900多個，維護(hù)和檢修十分困難。為了克服常規(guī)電氣負(fù)載控制方式的種種缺點(diǎn)，出現(xiàn)了一些新型的電氣負(fù)載控制裝 置。如申請?zhí)枮?00810041250. 4的“一種通信基站電源的負(fù)載管理系統(tǒng)及方法”采用了附 帶配電屏的負(fù)載管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由于其上位控制PC并不是通過通信總線經(jīng)由控制系統(tǒng) 直接作用于電氣負(fù)載，因此，系統(tǒng)的靈活性與可擴(kuò)展性比較差，一旦有新的電氣負(fù)載加入就 需要對整個系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。又如申請?zhí)枮?00710172765. 3的“一種遠(yuǎn)程直流負(fù) 載控制器”，該裝置內(nèi)有一顆處理器通過外總線與上位控制PC通信，通過內(nèi)總線控制各智能 開關(guān)的通/斷，雖然這種控制器的靈活性和可擴(kuò)展性有所提高，但是相對結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè) 備成本較高，維修檢測的便利性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有電氣負(fù)載控制方式的種種缺點(diǎn)，提出一種基于 CAN總線的分布式電氣負(fù)載控制裝置，以實(shí)現(xiàn)在保證裝置良好擴(kuò)展性的基礎(chǔ)上使得各種配 電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化、線束集約化，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與維修檢測的便利性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括若干并連的SSPC電路與供電電源模塊，每個SSPC電路包括節(jié)點(diǎn)通信電路、數(shù)據(jù)處 理電路和開關(guān)控制電路，其中所述的節(jié)點(diǎn)通信電路主要包括CAN收發(fā)器，用于接收外部總線上的數(shù)據(jù)電平信號，并將接收的數(shù)據(jù)電平信號轉(zhuǎn)換 后發(fā)送到接口隔離電路；接口隔離電路，用于接收CAN收發(fā)器發(fā)送的數(shù)據(jù)電平信號，并實(shí)現(xiàn)電平信號的光 電隔離，將隔離后的數(shù)據(jù)信號發(fā)送給CAN控制器； CAN控制器，用于接收接口隔離電路的數(shù)據(jù)電平信號，并分析數(shù)據(jù)電平信號中的邏 輯含義； 所述的數(shù)據(jù)處理電路主要包括CAN控制器和微處理器，該CAN控制器提取上位機(jī)發(fā)送來的指令信息中的有效數(shù)發(fā)送給微處理器；微處理器接收CAN控制器輸入的數(shù)據(jù)信號 并對其進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)、移位提取指令數(shù)據(jù)；所述的開關(guān)控制電路包括微處理器、驅(qū)動信號放大電路和MOSFET管開關(guān)電路，微 處理器將提取出的指令數(shù)據(jù)與控制協(xié)議進(jìn)行比對，并輸出控制驅(qū)動信號到驅(qū)動信號放大電 路；驅(qū)動信號放大電路將控制驅(qū)動信號放大后輸出到MOSFET管開關(guān)電路；MOSFET管開關(guān)電 路受控于放大后的控制驅(qū)動信號，根據(jù)控制驅(qū)動信號電平的高低控制負(fù)載電源的通/斷。上述分布式電氣負(fù)載控制裝置，其中SSPC電路中的接口隔離電路主要由第一光 耦隔離器OPl和第二光耦隔離器0P2組成，第一光耦隔離器OPl對CAN收發(fā)器發(fā)送的信號 進(jìn)行光電隔離之后傳送到CAN控制器；第二光耦隔離器0P2對CAN控制器發(fā)送的信號進(jìn)行 光電隔離之后傳送到CAN收發(fā)器。上述分布式電氣負(fù)載控制裝置，其中開關(guān)控制電路中的驅(qū)動信號放大電路由 LMl 58放大器及其外圍器件組成，該電路將微處理器輸出的邏輯高電平進(jìn)行增益放大，用于 輸出到負(fù)載電源開關(guān)電路，驅(qū)動MOSFET管的導(dǎo)通。本發(fā)明結(jié)合電氣負(fù)載控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)1)通信控制總線采用CAN總線，每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個，并有CRC校驗(yàn)措施， 數(shù)據(jù)出錯率低；2)接收發(fā)送信息的CAN控制器和CAN收發(fā)器價格便宜，實(shí)用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，節(jié)約 造價和能源；3)CAN總線只有兩根導(dǎo)線，系統(tǒng)擴(kuò)充時，直接將新節(jié)點(diǎn)掛接在總線上即可，改型靈 活，其實(shí)際節(jié)點(diǎn)數(shù)目最多能達(dá)到110個；4)系統(tǒng)具有信號隔離電路，有效抑制環(huán)境的電磁噪聲干擾，安全性強(qiáng)、可靠性高；5)驅(qū)動信號放大電路結(jié)構(gòu)簡約，維護(hù)便利性好；6)MOSFET管開關(guān)電路耐電流沖擊強(qiáng)度大，工作壽命長，功耗??；7)DC-DC電源轉(zhuǎn)換電路適應(yīng)電平范圍大，輸出電平穩(wěn)定、可靠。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明的SSPC電路結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明SSPC電路中的節(jié)點(diǎn)通信電路原理圖；圖4是本發(fā)明SSPC電路中的數(shù)據(jù)處理電路原理圖；圖5是本發(fā)明SSPC電路中的開關(guān)控制電路原理圖；圖6是本發(fā)明的電源模塊電路原理圖；圖7是本發(fā)明SSPC電路中的CAN控制器接收數(shù)據(jù)流程圖。
具體實(shí)施例方式參照圖1和圖2，本發(fā)明主要由若干個并連的SSPC電路與電源模塊組成。每個 SSPC電路都具有CAN總線通信節(jié)點(diǎn)，因此SSPC電路能夠通過外部CAN總線與上位PC機(jī)進(jìn) 行通信，電源模塊能夠?qū)⑼饨拥?28V電源轉(zhuǎn)換成為SSPC電路上器件芯片工作所需的+5V 工作電壓。每個SSPC電路具有相同的電路結(jié)構(gòu)，如圖2所示，它由節(jié)點(diǎn)通信電路、數(shù)據(jù)處理電路與開關(guān)控制電路依次連接組成，具體連接關(guān)系為節(jié)點(diǎn)通信電路的第二輸出端對應(yīng) 連接數(shù)據(jù)處理電路的第一輸入端；節(jié)點(diǎn)通信電路的第二輸入端接數(shù)據(jù)處理電路的第一輸出 端；數(shù)據(jù)處理電路的輸出端接開關(guān)控制電路的輸入端。其中，該電路中的節(jié)點(diǎn)通信電路通過 外部CAN總線與配有CAN總線適配器的上位PC機(jī)進(jìn)行連接通信。參照圖3，本發(fā)明SSPC電路中的節(jié)點(diǎn)通信電路包括CAN收發(fā)器、光電隔離電路與 CAN控制器三部分。CAN收發(fā)器的CH端與CAN總線的隱性線路連接，CL端與CAN總線的顯 性線路相連，發(fā)送端TX與光耦隔離電路中的第一光耦隔離器OPl的輸入端相連，CAN總線 接收數(shù)據(jù)信號經(jīng)過光電隔離之后，進(jìn)入CAN控制器的接收端RX0，同樣，CAN控制器的發(fā)送端 TXO與光耦隔離電路中的第二光耦隔離器0P2的輸入端相連，CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)信號經(jīng)過光 電隔離之后，進(jìn)入CAN收發(fā)器接收端TX。其中，由于使用TXO與RXO作為CAN控制器的發(fā)送 端與接收端，因此，為了保證參考電平的精準(zhǔn)，CAN控制器的RXl接電源+5V。此外，在CAN 控制器與光耦隔離器的連接端口之間均串接限流電阻；光耦隔離器與CAN收發(fā)器的連接端 口之間也串接著限流電阻，CAN控制器的時鐘是外部晶振時鐘，晶振電路連接于CAN控制器 的XTALl端和XTAL2端之間。該電路中的CAN收發(fā)器選用Wiilips公司的PCA82C250芯片， CAN控制器選用Philips公司的SJA1000芯片，光耦隔離器選用6N137，但不限于這些型號。參照圖4，本發(fā)明SSPC電路中的數(shù)據(jù)處理電路主要由CAN控制器SJA1000與89C51 微處理器組成。CAN控制器的8個讀寫口 AD0-AD7與微處理器的8個IO管腳相連，微處理 器通過地址操作，將存于CAN控制器接收緩存區(qū)里的數(shù)據(jù)通過讀寫口讀出，首先對讀出的 數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)處理，再將校驗(yàn)無誤后的數(shù)據(jù)進(jìn)行移位處理，提取出有效的上位PC機(jī)指令數(shù) 據(jù)，并按照設(shè)定的協(xié)議比對分析提取出來的有效指令數(shù)據(jù)，根據(jù)指令執(zhí)行相應(yīng)的操作。此 外，CAN控制器的RST復(fù)位端和INT初始化端分別與微處理器的RST復(fù)位端與INT初始化端 相連，CAN控制器的復(fù)位與初始化受控于微處理器的程序；微處理器的時鐘為外接晶振時 鐘，晶振電路連接于微處理器的Xl端和X2端之間。該CAN控制器SJA1000的數(shù)據(jù)接收過 程如圖7所示在通信的過程中，上位機(jī)指令被CAN收發(fā)器捕捉后，經(jīng)過光電隔離，進(jìn)入CAN 控制器的接收寄存器，并產(chǎn)生接受中斷；CAN控制器的數(shù)據(jù)接收方式為中斷接收，在CAN控 制器判斷了產(chǎn)生的中斷為接收中斷后，將CAN控制器的接收寄存器中的接收值取出發(fā)送至 微處理器后將接收寄存器清空，為下一次接收數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。參照圖5，本發(fā)明SSPC電路中的開關(guān)控制電路包括微處理器89C51、驅(qū)動信號放 大電路與MOSFET管開關(guān)。放大器LM158的負(fù)輸入端與微處理器的IO讀寫口 M6相連，正 輸入端接地，輸出端在與負(fù)輸入端相連形成反饋式放大電路的同時還與MOSFET管的柵極 接連，在放大器的輸出端和負(fù)輸入端之間并連著一個RC濾波電路。MOSFET管的源極與漏極 作為電路開關(guān)的左右端，串聯(lián)入負(fù)載電源與電氣負(fù)載的電氣回路之中。當(dāng)微處理器接收器 收到來自CAN控制器的信息后，如果按照通信協(xié)議分析得出開通指令，則在P26 口輸出高電 平，放大器的正負(fù)輸入端形成壓差，該壓差在經(jīng)過放大電路的作用之后，被加到MOSFET管 的柵極，從而驅(qū)動MOSFET管的源極與漏極接通。參照圖6，電源模塊主要為系統(tǒng)的元器件提供+5V的工作電壓。本發(fā)明的電源 模塊主要由電源轉(zhuǎn)換芯片與兩個穩(wěn)壓二極管組成28V/5V電源轉(zhuǎn)換芯片選擇TI公司的 DCP02M05U，但不限于該型號，外部接入電源+28V連接用于穩(wěn)壓的二極管，二極管的陰極 與電源轉(zhuǎn)換芯片的輸入端1與2相連，電源轉(zhuǎn)換芯片的輸出端11、12、13、14為CAN控制器、CAN收發(fā)器、微處理器等芯片提供+5V的工作電壓。下面以該發(fā)明在飛機(jī)上的應(yīng)用為例敘述其整個工作過程設(shè)受控于該電氣負(fù)載控制裝置的節(jié)點(diǎn)為第一發(fā)動機(jī)組節(jié)點(diǎn)A、第二發(fā)動機(jī)組節(jié) 點(diǎn)B、第三發(fā)動機(jī)組節(jié)點(diǎn)C、起落架節(jié)點(diǎn)D和自動駕駛裝置節(jié)點(diǎn)E ；上位PC機(jī)為配有CAN總 線適配器的飛行控制計(jì)算機(jī)。當(dāng)飛機(jī)處于起飛狀態(tài)時，飛控計(jì)算機(jī)向電氣負(fù)載控制裝置發(fā) 送指令A(yù)節(jié)點(diǎn)、B節(jié)點(diǎn)、C節(jié)點(diǎn)與D節(jié)點(diǎn)開通，E節(jié)點(diǎn)關(guān)閉，各節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的SSPC電路中的CAN 收發(fā)器在CAN總線上捕捉到發(fā)給本節(jié)點(diǎn)的指令后，將信號經(jīng)過光電隔離送到CAN控制器的 接收寄存器中，微處理器從CAN控制器的接收寄存器中取出指令信息，并對信息進(jìn)行分析 處理，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制協(xié)議輸出電平，A節(jié)點(diǎn)、B節(jié)點(diǎn)、C節(jié)點(diǎn)與D節(jié)點(diǎn)的微處理器輸出高電 平，該高電平經(jīng)過驅(qū)動信號放大電路的作用后將MOSFET管開關(guān)接通，E節(jié)點(diǎn)的微處理器輸 出低電平，MOSFET管開關(guān)斷開；當(dāng)飛機(jī)處于爬升狀態(tài)時，飛控計(jì)算機(jī)向電氣負(fù)載控制裝置 發(fā)送指令A(yù)節(jié)點(diǎn)、B節(jié)點(diǎn)與C節(jié)點(diǎn)開通，D節(jié)點(diǎn)與E節(jié)點(diǎn)關(guān)閉，A節(jié)點(diǎn)、B節(jié)點(diǎn)與C節(jié)點(diǎn)的微 處理器輸出高電平，MOSFET管開關(guān)接通，D節(jié)點(diǎn)與E節(jié)點(diǎn)的微處理器輸出低電平，M0SEFET 管開關(guān)斷開；當(dāng)飛機(jī)處于改平巡航狀態(tài)時，飛控計(jì)算機(jī)向電氣負(fù)載控制裝置發(fā)送指令:A節(jié) 點(diǎn)、B節(jié)點(diǎn)與E節(jié)點(diǎn)開通，C節(jié)點(diǎn)與D節(jié)點(diǎn)關(guān)閉，A節(jié)點(diǎn)、B節(jié)點(diǎn)與E節(jié)點(diǎn)的微處理器輸出高 電平，MOSFET管開關(guān)接通，C節(jié)點(diǎn)與D節(jié)點(diǎn)的微處理器輸出低電平，MOSFET管開關(guān)斷開；當(dāng) 飛機(jī)處于降落狀態(tài)時，飛控計(jì)算機(jī)向電氣負(fù)載控制裝置發(fā)送指令:A節(jié)點(diǎn)與D節(jié)點(diǎn)開通，B節(jié) 點(diǎn)、C節(jié)點(diǎn)與E節(jié)點(diǎn)關(guān)閉，A節(jié)點(diǎn)與D節(jié)點(diǎn)的微處理器輸出高電平，MOSFET管開關(guān)接通，B節(jié) 點(diǎn)、C節(jié)點(diǎn)與E節(jié)點(diǎn)的微處理器輸出低電平，MOSFET管開關(guān)斷開。
權(quán)利要求
1.一種基于CAN總線的分布式電氣負(fù)載控制裝置，包括若干并連的SSPC電路與供電電 源模塊，每個SSPC電路包括節(jié)點(diǎn)通信電路、數(shù)據(jù)處理電路和開關(guān)控制電路，其特征在于所述的節(jié)點(diǎn)通信電路主要包括CAN收發(fā)器，用于接收外部總線上的數(shù)據(jù)電平信號，并將接收的數(shù)據(jù)電平信號轉(zhuǎn)換后發(fā) 送到接口隔離電路；接口隔離電路，用于接收CAN收發(fā)器發(fā)送的數(shù)據(jù)電平信號，并實(shí)現(xiàn)電平信號的光電隔 離，將隔離后的數(shù)據(jù)信號發(fā)送給CAN控制器；CAN控制器，用于接收接口隔離電路的數(shù)據(jù)電平信號，并分析數(shù)據(jù)電平信號中的邏輯含義；所述的數(shù)據(jù)處理電路主要包括CAN控制器和微處理器，該CAN控制器提取上位機(jī)發(fā)送 來的指令信息中的有效數(shù)發(fā)送給微處理器；微處理器接收CAN控制器輸入的數(shù)據(jù)信號并對 其進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)、移位提取指令數(shù)據(jù)；所述的開關(guān)控制電路包括微處理器、驅(qū)動信號放大電路和MOSFET管開關(guān)電路，微處理 器將提取出的指令數(shù)據(jù)與控制協(xié)議進(jìn)行比對，并輸出控制驅(qū)動信號到驅(qū)動信號放大電路； 驅(qū)動信號放大電路將控制驅(qū)動信號放大后輸出到MOSFET管開關(guān)電路；MOSFET管開關(guān)電路 受控于放大后的控制驅(qū)動信號，根據(jù)控制驅(qū)動信號電平的高低控制負(fù)載電源的通/斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式電氣負(fù)載控制裝置，其特征在于接口隔離電路主要由 第一光耦隔離器OPl和第二光耦隔離器0P2組成，第一光耦隔離器OPl對CAN收發(fā)器發(fā)送 的信號進(jìn)行光電隔離之后傳送到CAN控制器；第二光耦隔離器0P2對CAN控制器發(fā)送的信 號進(jìn)行光電隔離之后傳送到CAN收發(fā)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式電氣負(fù)載控制裝置，其特征在于驅(qū)動信號放大電路由 LM158放大器及其外圍器件組成，該電路將微處理器輸出邏輯高電平進(jìn)行增益放大，用于輸 出到負(fù)載電源開關(guān)電路，驅(qū)動MOSFET管的導(dǎo)通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于CAN總線的分布式電氣負(fù)載控制裝置，主要解決某些電氣負(fù)載控制方式設(shè)計(jì)復(fù)雜、維護(hù)困難、擴(kuò)展性低的問題。該裝置主要由若干電氣負(fù)載控制SSPC電路與供電電源模塊組成，每個SSPC電路由節(jié)點(diǎn)通信電路、數(shù)據(jù)處理電路和開關(guān)控制電路依次連接組成。其中，節(jié)點(diǎn)通信電路用于實(shí)現(xiàn)SSPC電路與上位PC機(jī)的通信；數(shù)據(jù)處理電路用于對節(jié)點(diǎn)通信電路發(fā)來的上位PC機(jī)指令數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)內(nèi)和移位提取處理；開關(guān)控制電路根據(jù)提取的有效指令控制負(fù)載電源的通/斷，電源模塊為SSPC電路中的元器件提供+5V供電。該裝置開放性好，擴(kuò)展性強(qiáng)，可靠性高，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，適用范圍廣，能夠用于飛機(jī)、汽車等包含大量電氣負(fù)載的應(yīng)用實(shí)體中。
文檔編號G05B19/418GK102075009SQ20091002325
公開日2011年5月25日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者任鵬, 冀晗, 湯書苑, 相征, 苑峰, 齊佩漢 申請人:西安電子科技大學(xué)