一种用于NOx传感器的CAN总线转4-20mA的数据信号转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于工业控制领域，具体涉及一种适用于基于CAN协议的可以将基于CAN协议的数字量信号装换为工业通用的4-20mA信号的用于NOx传感器的CAN总线转4-20mA的数据信号转换装置。本发明专利技术包括NOx传感器1，第一CAN总线接口2、第二CAN总线接口3，数据处理模块5，第一光电隔离模块4、第二光电隔离模块6，4-20mA输出电路7。本发明专利技术装置中的NOx传感器信号传输可采用两种工作模式，当采用冗余数据转换模式时，一路数据传输出现故障后能够切换到另一路，保证系统运行的的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于NOx传感器的CAN总线转4-20mA的数据信号转换装置
本专利技术属于工业控制领域，具体涉及一种适用于基于CAN协议的可以将基于CAN协议的数字量信号装换为工业通用的4-20mA信号的用于NOx传感器的CAN总线转4-20mA的数据信号转换装置。
技术介绍
随着社会的发展和环保意识的提高，世界对内燃机尾气排放中NOx的排放量要求越来越严格。为了能够迅速准确的检测NOx含量，解决NOx的排放问题，NOx传感器的应用变的越来越普遍。目前大部分NOx传感器内部为CAN总线控制单元，通过CAN总线输出NOx浓度大小。CAN总线具有较高的位速率、较高的抗电磁干扰性和很强的检错纠错能力，而且具有成本低，可靠性高，安装维护费用低的特点，已被广泛应用于汽车、船舶工业、交通运输、工业控制等领域。然而在工业控制应用领域，特别是PLC控制系统中，CAN总线应用并不广泛，即使有CAN总线模块，其价格也不菲。在工业控制系统中，4-20mA模拟量信号被广泛使用，它用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。4-20mA模拟量信号具有输出距离远，信号抗干扰能力强，使用方便的优点。为了将NOx传感器应用于工业控制领域，就必须实现NOx传感器CAN总线数据与4-20mA模拟量信号之间的转换，因此也就需要数据转换装置。中国专利申请号201020661289.9提出了一种模拟量输出装置，包括电源、微处理器、CAN总线单元、光电隔离电路及DA转换电路，接收数字量信号转换为模拟量信号，实现对信号的处理。中国专利申请号201120349179.3提出了一种光电隔离式4～20mA输出装置，包括微处理器、开关光耦、整形器、DA转换器和4～20mA环流发生器，无误差的转换数字信号为4～20mA模拟量信号。由于工业领域对可靠性的要求比较高，上述专利均为单路转换装置，可靠性不高，环境适应性较差，应用受到限制。中国专利号200710132579.7中提出了一种双路4-20mA直流模拟量输出装置,该装置由高速光隔离器、数/模转换器、运算放大器、电压基准源组成；其中,高速光隔离器、数/模转换器、运算放大器顺序串联连接,该电路可以通过FPGA的IO口模拟双路SPI通信线,将微处理器给出的并行数字信息转成DAC要求的串行数字流输出,实现4-20mA的直流模拟量输出。该转换装置缺陷是当一路出现故障时，导致与其对应的另一侧陷入瘫痪，重者会导致整个装置无法正常工作。本专利技术装置中的NOx传感器信号传输可采用两种工作模式，当采用冗余数据转换模式时，一路数据传输出现故障后能够切换到另一路，保证系统运行的的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于NOx传感器的CAN总线转4-20mA的数据信号转换装置。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术包括NOx传感器1，第一CAN总线接口2、第二CAN总线接口3，数据处理模块5，第一光电隔离模块4、第二光电隔离模块6，4-20mA输出电路7，NOx传感器1输出数字量信号，经过两路CAN总线通过光电隔离模块4的信号隔离，传送到数据处理模块5，数据处理模块的信号经过第二光电隔离模块6发送给4-20mA输出电路7转化为4-20mA模拟量信号。光电隔离模块采用高速光藕TLP521-4，数据处理模块采用16位微处理器MC9S12XDP512，本专利技术的有益效果在于：本专利技术装置中的NOx传感器信号传输可采用两种工作模式，当采用冗余数据转换模式时，一路数据传输出现故障后能够切换到另一路，保证系统运行的的可靠性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的工作示意图。图3为本专利技术的冗余数据故障处理过程。图4为本专利技术的光耦隔离输出电路。图5为本专利技术的CAN接收器电路。图6为本专利技术的4-20mA转换电路。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术在于提供一种用于NOx传感器的CAN总线转4-20mA的数据信号转换装置，具体实施方案如下：用于NOx传感器的CAN总线转4-20mA的数据信号转换装置，包括NOx传感器1，CAN总线接口2、3，数据处理模块5，光电隔离模块4、6，4-20mA输出电路7、工作方式设置8和LED灯指示故障报警9等。上述模块之间信号传递，以NOx传感器1开始，依次经过CAN总线接口2、3，光电隔离模块4，数据处理模块5，光电隔离模块6，4-20mA输出电路7，使数字量信号转化为4-20mA模拟量信号。通过工作方式设置跳线8，使本装置实现双通道独立和冗余数据转化两种工作方式。NOx传感器1输出数字量信号，经过数据处理后转换成4-20mA模拟量信号，4mA表示NOx传感器量程的起点，20mA表示NOx传感器量程的终点。数据处理模块5可对NOx传感器1的数据进行判断和处理，适应本装置在不同的工作方式下工作，保证装置工作的可靠性。若数据处理模块5判断发生故障时，LED灯指示故障报警9发出灯光报警信息提示。光电隔离模块4、6对输入、输出数据进行隔离处理，使本装置具有较好的环境适应性，抗干扰能力强。图1中NOx传感器1，CAN总线接口2、3，光电隔离模块4、6，数据处理模块5，4-20mA输出电路7，工作方式设置8和LED灯指示故障报警9。本专利技术结构如图1所示，主要包括NOx传感器1，CAN总线接口2、3，数据处理模块4，光电隔离模块5、6，4-20mA输出电路7，工作方式设置8和LED灯指示故障报警9等。上述模块之间信号传递，以NOx传感器1开始，依次经过CAN总线接口2、3，光电隔离模块4，数据处理模块5，光电隔离模块6，4-20mA输出电路7，将NOx传感器1输出的数字量信号转换为4-20mA模拟量信号输出。本专利技术工作如图2所示，主要包括电源电路，复位电路，晶振电路，微处理器，光耦电路，两路CAN收发，开关量输入输出，模拟量输出组成。两路CAN收发器通过光耦电路与微处理器交换数据，微处理器对输入数据进行处理，输出4-20mA模拟量信号。开关量输入输出包括微处理器的工作方式设置和声光报警信号输出等。本专利技术数据处理模块5的核心是微处理器，微处理器具有两路以上独立的CAN控制器，为两路CAN总线设定接收中断，赋予相应的中断优先权，分配不同的接收数据缓冲区、发送数据缓冲区，以及完成数据协议转换工作。数据处理模块5接收NOx传感器传输的数据，存入缓存区，按照协议转换。本专利技术装置具有两路以上的信号转换功能，通过工作方式设置8的跳线，可实现双通道独立和冗余数据转化的两种工作方式。独立数据转化工作方式时，每个通道可以独立工作，实现两路输入输出；冗余数据转化工作方式时，两个通道NOx传感器采集一个点的数据，经过数据处理和故障判断，数据处理模块5转化相对正确的一个数据并输出给两个通道，实现通道的冗余，保证装置的可靠性。本专利技术采用冗余数据转化工作方式工作时，数据处理模块5同时接收两路CAN总线数据，对每一个通道，数据处理模块5首先判断数据是否超出上下限，然后将本通道前多个测量数据的平均值和本次数据进行比较，超出设定阈值，判定故障；当两路CAN总线数据相差较大时，对每一个通道，再将本次数据和本通道前多个测量数据的外插预测值进行比较，取误差小的一路作为正确值，另一路认为故障；发生故本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于NOx传感器的CAN总线转4‑20mA的数据信号转换装置，包括NOx传感器（1），第一CAN总线接口（2）、第二CAN总线接口（3），数据处理模块（5），第一光电隔离模块（4）、第二光电隔离模块（6），4‑20mA输出电路（7），其特征在于：NOx传感器（1）输出数字量信号，经过两路CAN总线通过光电隔离模块（4）的信号隔离，传送到数据处理模块（5），数据处理模块的信号经过第二光电隔离模块（6）发送给4‑20mA输出电路（7）转化为4‑20mA模拟量信号。

【技术特征摘要】
1.一种用于NOx传感器的CAN总线转4-20mA的数据信号转换装置，包括NOx传感器(1)，第一CAN总线接口(2)、第二CAN总线接口(3)，数据处理模块(5)，第一光电隔离模块(4)、第二光电隔离模块(6)，4-20mA输出电路(7)，其特征在于：NOx传感器(1)输出数字量信号，经过两路CAN总线通过光电隔离模块(4)的信号隔离，传送到数据处理模块(5)，数据处理模块的信号经过第二光电隔离模块(6)发送给4-20mA输出电路(7)转化为4-20mA模拟量信号；所述光电隔离模块采用高速光藕TLP521-4，数据处理模块采用16位微处理器MC9S12XDP512；数据处理具体过程如下：(1.1)从CAN总线接口2、3读入数据；(1.2)从读入的数据中提出有关NOx浓度的数据In；(1.3)将In转化为NOx浓度Data，Data＝In×0.005-200,Data的数值范围为[0,1500]；(1.4)如果Data>1500或者Data<0,发出报警；(1.5)通过4-20mA输出电路输出电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：石勇，李文听，孙军，涂必庆，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23