一种基于STM32和CAN总线的多路模拟量电流信号采集卡
文献发布时间:2024-04-18 20:01:23
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流信号采集卡。
背景技术
目前模拟量电流信号采集卡通常采用RS485、RS232接口及标准Modbus协议进行通讯。
这种模拟量电流信号采集板卡的RS485、RS232通讯方式不适用于汽车行业。
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流信号采集卡,以解决现有的模拟量电流信号采集板卡的RS485、RS232通讯方式不适用于汽车行业的问题。
(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流信号采集卡,该信号采集卡包括:板卡电连接器、电源电路、八路采样电阻、八路信号处理电路、八选一模拟开关电路、微处理器电路和CAN通信电路;
板卡电连接器用于实现电源外部供电输入、八路模拟量电流信号输入、CAN总线通讯信号输入输出;
电源电路用于将外部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;
模拟量电流信号输入量程为4~20mA,由板卡电连接器连接至八路采样电阻,采样电阻将流过其中的电流信号线性转换为0.6~3V电压信号;
0.6~3V电压信号经过八路信号处理电路输出为稳定的0.6~3V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;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,输出引脚连接到微处理器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收发器上电后,其输入端口与STM32单片机、输出端口与CAN网络总线连接,进行CAN总线数据通讯。
(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流信号采集卡,本发明的关键点: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、CAN信号、模拟量电流信号进行了分区定义。同时包含电源电路、采样电阻、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流信号采集卡,具有成本低、可靠性高、使用方便的优势。支持八路4~20mA模拟量电流信号输入;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流信号的输入;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流的模数转换;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流信号采集卡。
CAN总线是一种实时串行通讯总线,它可以使用双绞线进行信号传输,是世界上应用最广泛的现场总线之一,目前被广泛的应用于汽车行业,以实现不同传感器之间的通信。
(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流信号采集卡,该信号采集卡包括:板卡电连接器、电源电路、八路采样电阻、八路信号处理电路、八选一模拟开关电路、微处理器电路和CAN通信电路。
板卡电连接器用于实现电源外部供电输入、八路模拟量电流信号输入、CAN总线通讯信号输入输出。
电源电路用于将外部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。
模拟量电流信号输入量程为4~20mA,由板卡电连接器连接至八路采样电阻,采样电阻将流过其中的电流信号线性转换为0.6~3V电压信号。
0.6~3V电压信号经过八路信号处理电路输出为稳定的0.6~3V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。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,输出引脚连接到微处理器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口高电平或低电平状态,使八选一模拟开关依次、顺序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收发器上电后,其输入端口与STM32单片机、输出端口与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流信号采集卡,由板卡电连接器、电源电路、八路采样电阻、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电源供电接地端口,9A~9C为CAN0通讯端口,10A~10C为CAN1通讯端口,21A~28A为八路模拟量电流信号输入端口。
模拟量电流信号输入量程为4~20mA,采样电阻选用150Ω高精密电阻,4~20mA电流信号经各路采样电阻后线性转换为0.6~3V的电压信号。
各路信号处理电路采用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,具有八个输入通道,一个输出通道,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,给信号处理电路、八选一模拟开关、STM32单片机最小系统、CAN通讯模块供电。
八路4~20mA模拟量电流信号经J29C系列96芯印制板电连接器连接入该信号采集卡,接通外部5VDC电源供电,模拟量电流信号经采样电阻转换为0.6~3V电压信号,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分时、顺序导通八个开关通道,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CAN隔离收发器、板卡电连接器将电流通道号、输入的模拟量电流信号数值发送到CAN总线上。
本发明的关键点: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、CAN信号、模拟量电流信号进行了分区定义。同时包含电源电路、采样电阻、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流信号采集卡,具有成本低、可靠性高、使用方便的优势。支持八路4~20mA模拟量电流信号输入;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流信号的输入;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流的模数转换;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。
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