一种基于STM32和CAN总线的多路模拟量电压信号采集卡

技术领域

本发明属于信号采集领域，具体涉及一种基于STM32和CAN总线的多路模拟量电压信号采集卡。

背景技术

目前的模拟量电压信号采集卡通常采用RS485、RS232接口及标准Modbus协议进行通讯。

这种模拟量电压信号采集板卡的RS485、RS232通讯方式不适用于无人车行业。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于STM32和CAN总线的多路模拟量电压信号采集卡，以解决现有的模拟量电压信号采集板卡的RS485、RS232通讯方式不适用于无人车行业。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于STM32和CAN总线的多路模拟量电压信号采集卡，该信号采集卡包括：板卡电连接器、电源电路、八路分压电路、八路信号处理电路、八选一模拟开关电路、微处理器电路以及CAN通信电路；

板卡电连接器用于实现电源外部供电输入、八路模拟量电压信号输入、CAN总线通讯信号输入输出；

电源电路连接到板卡电连接器，用于将外部供电输入的5VDC电源转换为3.3VDC电源，给信号处理电路、八选一模拟开关电路、微处理器电路、CAN通信电路供电；

模拟量电压信号输入量程为0～5V，由板卡电连接器连接至八路分压电路，经分压电路转换为0～3V电压信号；

信号处理电路用于电压信号的稳定跟随，分压后电压信号经过八路信号处理电路输出为稳定的0～3V电压信号，后连接至八选一模拟开关的八个输入引脚；

八选一模拟开关电路有电源和地引脚、八个输入引脚、一个输出引脚、一个使能引脚和三个控制引脚；八选一模拟开关电源引脚连接至3.3VDC电源，输入引脚连接至八路信号处理电路输出的电压信号，输出引脚连接至口微处理器STM32单片机的内置A/D转换模块引脚，使能引脚及控制引脚连接至STM32单片机的四个IO口；

微处理器采用STM32单片机，其内置A/D转换模块，A/D转换模块用于将模拟量电压信号转变为数字信号，后送入STM32单片机内部进行数据处理；经STM32单片机内部处理后的数据，输出到STM32单片机的TXD、RXD引脚；STM32单片机的TXD、RXD引脚连接至CAN通信电路的收发器输入端，收发器的输出端连接至板卡电连接器的CANH、CANL引脚；

CAN通信电路的收发器上电后，其输入端口与STM32单片机、输出端口通过板卡电连接器与CAN网络总线连接，进行CAN总线数据通讯。

进一步地，板卡电连接器采用J29C系列96芯印制板电连接器，其中，1A～1C为外部5VDC电源供电正极输入端口，2A～2C为外部5VDC电源供电的地端口，9A～9C为CANO通讯端口，10A～10C为CAN1通讯端口，21C-28C为八路模拟量电压信号输入端口。

进一步地，模拟量电压信号输入量程为0～5V，各分压电路采用20K电阻和30K电阻串联分压，分压后的输出电压为输入电压的0.6倍，即分压后输出电压信号为0～3V。

进一步地，各路电压信号处理电路采用DG158M运算放大器构成的电压跟随器对信号进行跟踪处理。

进一步地，八选一模拟开关采用CC4051八选一模拟开关，其具有电源和地引脚、八个输入引脚、一个输出引脚、一个使能引脚、三个控制引脚，能分时实现各通道的电压信号导通。

进一步地，八选一模拟开关上电，STM32单片机IO口向八选一模拟开关使能引脚输出高电平时，八选一模拟开关开始工作；STM32单片机三个IO口向控制引脚输出高电平或低电平，输出的三路高电平或低电平控制多路开关的导通通道，一次只有一个输入引脚连接至输出引脚，控制单片机三个IO口电平的高低状态可使八选一模拟开关依次输出各路电压信号至STM32单片机A/D转换引脚。

进一步地，微处理器电路采用STM32F407单片机，其内置具有12位精度的A/D转换模块。

进一步地，CAN通信电路采用CTM1051隔离CAN收发器，该收发器无需外接隔离电源即可实现CAN信号的隔离输出。

进一步地，电源电路采用SGM2036芯片，用于将5VDC电源转换为3.3VDC电源，给电压信号处理电路、八选一模拟开关、STM32单片机系统、CAN通讯模块供电。

进一步地，八路0～5V模拟量电压信号经J29C系列96芯印制板电连接器接入该信号采集卡，接通外部5VDC电源供电，模拟量电压信号经分压电路输出，后送入信号处理电路，处理为稳定的电压信号，再送入到八选一模拟开关的输入端，STM32单片机控制八选一模拟开关的使能及导通通道，控制八选一模拟开关使其分时、依次导通八个开关通道，使八路模拟量电压值依次送入到STM32单片机的内部A/D转换模块进行数字采样，后经STM32单片机内部计算，再通过隔离CAN收发器、板卡电连接器将电压通道号、输入的模拟量电压信号数值发送到CAN总线上。

(三)有益效果

本发明提出一种基于STM32和CAN总线的多路模拟量电压信号采集卡，本发明的板卡电连接器采用J29C系列96芯印制板电连接器，在信号定义上对电源信号、模拟量电压信号、CAN信号进行了分区定义；同时包含电源电路、分压电路、信号处理电路、八选一模拟开关、基于STM32单片机的最小系统、CAN隔离收发电路。

本发明提供了一种基于STM32和CAN总线的多路模拟量电压信号采集卡，具有成本低、可靠性高、使用方便的优势。支持八路0～5V模拟量电压信号输入；无复杂信号处理电路、可靠性高；采用八选一模拟开关可分时实现八路模拟量电压信号的输入；采用内置A/D转换模块的STM32单片机，减少了A/D转换芯片，用单路A/D转换即可实现八路电压的模数转换；采用CAN总线通信，可靠性高、适合车辆系统使用、方便总线扩展。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明克服了现有技术中存在的一些不足，提供一种结构简单、适用于汽车行业的基于STM32和CAN总线的多路模拟量电压信号采集卡。

CAN总线技术现在被广泛的应用于汽车行业，以实现各传感器数据的传递。CAN总线将汽车上的各种电子装置与设备连接成一个网络，实现相互间的信息共享，减少了线束，同时又能更好的控制和协调汽车的各个系统，使车辆性能达到最佳。

(一)硬件装置

本发明提供一种基于STM32和CAN总线的多路模拟量电压信号采集卡，包括：板卡电连接器、电源电路、八路分压电路、八路信号处理电路、八选一模拟开关电路、微处理器电路以及CAN通信电路。

板卡电连接器用于实现电源外部供电输入、八路模拟量电压信号输入、CAN总线通讯信号输入输出；

电源电路连接到板卡电连接器，用于将外部供电输入的5VDC电源转换为3.3VDC电源，给信号处理电路、八选一模拟开关电路、微处理器电路、CAN通信电路供电；

模拟量电压信号输入量程为0～5V，由板卡电连接器连接至八路分压电路，经分压电路转换为0～3V电压信号。

信号处理电路用于电压信号的稳定跟随，分压后电压信号经过八路信号处理电路输出为稳定的0～3V电压信号，后连接至八选一模拟开关的八个输入引脚。

八选一模拟开关电路有电源和地引脚、八个输入引脚、一个输出引脚、一个使能引脚和三个控制引脚；八选一模拟开关电源引脚连接至3.3VDC电源，输入引脚连接至八路信号处理电路输出的电压信号，输出引脚连接至口微处理器STM32单片机的内置A/D转换模块引脚，使能引脚及控制引脚连接至STM32单片机的四个IO口；八选一模拟开关上电，STM32单片机IO口向八选一模拟开关使能引脚输出高电平时，八选一模拟开关开始工作。STM32单片机三个IO口向控制引脚输出高电平或低电平，输出的三路高电平或低电平控制多路开关的导通通道，一次只有一个输入引脚连接至输出引脚，控制单片机三个IO口电平的高低状态可使八选一模拟开关依次输出各路电压信号至STM32单片机A/D转换引脚。

微处理器采用STM32单片机，其内置A/D转换模块，A/D转换模块用于将模拟量电压信号转变为数字信号，后送入STM32单片机内部进行数据处理。经STM32单片机内部处理后的数据，输出到STM32单片机的TXD、RXD引脚。

STM32单片机的TXD、RXD引脚连接至CAN通信电路的收发器输入端，收发器的输出端连接至板卡电连接器的CANH、CANL引脚。CAN通信电路的收发器上电后，其输入端口与STM32单片机、输出端口通过板卡电连接器与CAN网络总线连接，可进行CAN总线数据通讯。

(二)方法

图1所示为一种基于STM32和CAN总线的多路模拟量电压信号采集卡，由板卡电连接器、电源电路、八路分压电路、八路信号处理电路、八选一模拟开关电路、微处理器电路、CAN通信电路组成。

板卡电连接器采用J29C系列96芯印制板电连接器，其中，1A～1C为外部5VDC电源供电正极输入端口，2A～2C为外部5VDC电源供电的地端口，9A～9C为CANO通讯端口，10A～10C为CAN1通讯端口，21C-28C为八路模拟量电压信号输入端口。

模拟量电压信号输入量程为0～5V，各分压电路采用20K电阻和30K电阻串联分压，分压后的输出电压为输入电压的0.6倍，即分压后输出电压信号为0～3V。

各路电压信号处理电路采用DG158M运算放大器构成的电压跟随器对信号进行跟踪处理。

八选一模拟开关采用CC4051八选一模拟开关，其具有电源和地引脚、八个输入引脚、一个输出引脚、一个使能引脚、三个控制引脚，可分时实现各通道的电压信号导通。

微处理器电路采用STM32F407单片机，其内置具有12位精度的A/D转换模块。

CAN通信电路采用CTM1051隔离CAN收发器，该收发器无需外接隔离电源即可实现CAN信号的隔离输出。

电源电路采用SGM2036芯片，可将5VDC电源转换为3.3VDC电源，给电压信号处理电路、八选一模拟开关、STM32单片机系统、CAN通讯模块供电。

八路0～5V模拟量电压信号经J29C系列96芯印制板电连接器接入该信号采集卡，接通外部5VDC电源供电，模拟量电压信号经分压电路输出，后送入信号处理电路，处理为稳定的电压信号，再送入到八选一模拟开关的输入端，STM32单片机控制八选一模拟开关的使能及导通通道，控制八选一模拟开关使其分时、依次导通八个开关通道，使八路模拟量电压值依次送入到STM32单片机的内部A/D转换模块进行数字采样，后经STM32单片机内部计算，再通过隔离CAN收发器、板卡电连接器将电压通道号、输入的模拟量电压信号数值发送到CAN总线上。

关键点有：板卡电连接器采用J29C系列96芯印制板电连接器，在信号定义上对电源信号、模拟量电压信号、CAN信号进行了分区定义；同时包含电源电路、分压电路、信号处理电路、八选一模拟开关、基于STM32单片机的最小系统、CAN隔离收发电路。

本发明提供了一种基于STM32和CAN总线的多路模拟量电压信号采集卡，具有成本低、可靠性高、使用方便的优势。支持八路0～5V模拟量电压信号输入；无复杂信号处理电路、可靠性高；采用八选一模拟开关可分时实现八路模拟量电压信号的输入；采用内置A/D转换模块的STM32单片机，减少了A/D转换芯片，用单路A/D转换即可实现八路电压的模数转换；采用CAN总线通信，可靠性高、适合车辆系统使用、方便总线扩展。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。