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1、(10)申请公布号 CN 102381263 A (43)申请公布日 2012.03.21 CN 102381263 A *CN102381263A* (21)申请号 201110280091.5 (22)申请日 2011.09.20 B60R 16/02(2006.01) (71)申请人 北京宇航系统工程研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路 1 号 内 35 栋 (72)发明人 丛伟 张丁磊 张鹏 张颖 赵卫军 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 臧春喜 (54) 发明名称 一种基于 CAN 总线的配电控制器 (57) 摘要 本发明提供一种基于 CA。
2、N 总线的配电控制 器， 包括 CAN 模块、 继电器驱动电路、 继电器和参 数测量模块。本发明采用 CAN 总线技术， 将配电 控制器作为 CAN 总线上的一个节点， 与地面配电 测控设备配合接收配电控制指令， 完成各种配电 控制功能， 简化了系统构成， 提高了控制可靠性。 同时， 本发明将定期测得继电器输出的电压和外 部用电设备消耗的电流并通过 CAN 总线下传至地 面， 以供地面控制台实时监测， 对系统的耗电状态 有了更加直观的监测， 提高了配电可靠性。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 。
3、CN 102381278 A1/1 页 2 1. 一种基于 CAN 总线的配电控制器， 其特征在于 ： 包括 CAN 模块、 继电器驱动电路、 继 电器和参数测量模块， CAN 模块接收 CAN 总线发送的配电指令并将配电控制器自身输出的 电压、 电流信号通过 CAN 总线向外发送， CAN 模块通过继电器驱动电路驱动继电器执行配电 动作， 继电器驱动电路执行 CAN 模块输出的配电指令控制继电器执行配电动作， 参数测量 模块采集继电器输出的电压和外部用电设备消耗的电流并将电压、 电流信号输出至 CAN 模 块 ； CAN 模块包括单片机、 A/D 采样模块、 CAN 总线控制器、 光电耦合器。
4、和 CAN 总线接口模 块， CAN 总线发送的差分信号由 CAN 总线接口模块转换成电平信号， 电平信号经光电耦合器 隔离后由 CAN 总线控制器进行解析成 CAN 数据帧发送至单片机， 单片机提取 CAN 数据帧中 的配电指令并发送至继电器驱动电路进行执行， A/D 采样模块将参数测量模块采样的电压、 电流信号转换成数字信号发送至单片机并由单片机转发至 CAN 总线控制器， CAN 总线控制 器将采样的电压、 电流数字信号打包成CAN数据帧， 打包形成的CAN数据帧经光电耦合器隔 离后由 CAN 总线接口模块转换成差分信号发送至 CAN 总线。 2. 根据权利要求 1 所述的一种基于 CA。
5、N 总线的配电控制器， 其特征在于 ： 所述的继电 器驱动电路由串入并出芯片、 反相器、 光电耦合器、 第一电阻、 第二电阻、 第三电阻、 第四电 阻、 第五电阻、 第一二极管、 第二二极管、 限幅二极管、 第一达林顿驱动阵列和第二达林顿驱 动阵列组成， 串入并出芯片、 反相器、 光电耦合器、 第一电阻、 第二电阻、 第三电阻、 第四电 阻、 第一二极管和第一达林顿驱动阵列构成自动驱动通路， 第五电阻、 第二二极管、 限幅二 极管和第二达林顿驱动阵列构成手动驱动通路， 自动驱动通路中串并转换芯片接在单片机 输出管脚与反相器的输入端， 反相器的输出端与第一电阻分别接在光电耦合器的输入两 端， 光。
6、电耦合器的一个输出端接电源正端， 光电耦合器的另一个输出端经由第二电阻、 第 三电阻、 第四电阻构成的分压限流电路接在第一二极管的正端， 第一二极管的负端接在第 一达林顿驱动阵列的输入端， 第一达林顿驱动阵列的输出端接继电器 ； 手动驱动通路中限 幅二极管的负端接手动控制信号， 限幅二极管的正端经第五电阻接第二二极管的正端， 第 二二极管的负端接第二达林顿驱动阵列的输入端， 第二达林顿驱动阵列的输出端接继电 器。 权 利 要 求 书 CN 102381263 A CN 102381278 A1/4 页 3 一种基于 CAN 总线的配电控制器 技术领域 0001 本发明涉及一种基于 CAN 总线。
7、的配电控制器， 特别涉及一种基于 CAN 总线技术的 配电控制器， 属于供配电测量技术领域。 背景技术 0002 在运载火箭上由于地面供电与箭上供电加电顺序任意， 不允许出现瞬间掉电。现 有的配电控制器采用直接控制继电器的方式， 配电器内的继电器控制线引出至地面进行控 制， 配电器与外部控制接线较多， 另外传统方式的配电控制器不具有自身输出参数的检测 功能。 0003 CAN 总线作为一种总线数据通信方式在汽车工业中具有广泛引用， 使用 CAN 连接 发动机控制单元、 传感器、 防刹车系统等等， 其传输速度可达 1Mbit/s。同时， 可以将 CAN 安 装在卡车本体的电子控制系统里， 诸如车。
8、灯组、 电气车窗等等， 用以代替接线配线装置， 但 未见有将 CAN 总线技术应用于配电控制技术领域。 发明内容 0004 本发明的技术解决问题是 ： 克服现有技术的不足， 提供一种基于 CAN 总线的配电 控制器， 本发明只是作为 CAN 总线上的一个节点， 从而简化了系统构成， 并且具有自动检测 功能， 提高了配电可靠性。 0005 本发明的技术解决方案是 ： 一种基于 CAN 总线的配电控制器， 包括 CAN 模块、 继电 器驱动电路、 继电器和参数测量模块， CAN 模块接收 CAN 总线发送的配电指令并将配电控制 器自身输出的电压、 电流信号通过 CAN 总线向外发送， CAN 模块。
9、通过继电器驱动电路驱动继 电器执行配电动作， 继电器驱动电路执行 CAN 模块输出的配电指令控制继电器执行配电动 作， 参数测量模块采集继电器输出的电压和外部用电设备消耗的电流并将电压、 电流信号 输出至 CAN 模块 ； 0006 CAN 模块包括单片机、 A/D 采样模块、 CAN 总线控制器、 光电耦合器和 CAN 总线接口 模块， CAN 总线发送的差分信号由 CAN 总线接口模块转换成电平信号， 电平信号经光电耦合 器隔离后由 CAN 总线控制器进行解析成 CAN 数据帧发送至单片机， 单片机提取 CAN 数据帧 中的配电指令并发送至继电器驱动电路进行执行， A/D 采样模块将参数测。
10、量模块采样的电 压、 电流信号转换成数字信号发送至单片机并由单片机转发至 CAN 总线控制器， CAN 总线控 制器将采样的电压、 电流数字信号打包成CAN数据帧， 打包形成的CAN数据帧经光电耦合器 隔离后由 CAN 总线接口模块转换成差分信号发送至 CAN 总线。 0007 所述的继电器驱动电路由串入并出芯片、 反相器、 光电耦合器、 第一电阻、 第二电 阻、 第三电阻、 第四电阻、 第五电阻、 第一二极管、 第二二极管、 限幅二极管、 第一达林顿驱 动阵列和第二达林顿驱动阵列组成， 串入并出芯片、 反相器、 光电耦合器、 第一电阻、 第二电 阻、 第三电阻、 第四电阻、 第一二极管和第一。
11、达林顿驱动阵列构成自动驱动通路， 第五电阻、 第二二极管、 限幅二极管和第二达林顿驱动阵列构成手动驱动通路， 自动驱动通路中串并 说 明 书 CN 102381263 A CN 102381278 A2/4 页 4 转换芯片接在单片机输出管脚与反相器的输入端， 反相器的输出端与第一电阻分别接在光 电耦合器的输入两端， 光电耦合器的一个输出端接电源正端， 光电耦合器的另一个输出端 经由第二电阻、 第三电阻、 第四电阻构成的分压限流电路接在第一二极管的正端， 第一二极 管的负端接在第一达林顿驱动阵列的输入端， 第一达林顿驱动阵列的输出端接继电器 ； 手 动驱动通路中限幅二极管的负端接手动控制信号，。
12、 限幅二极管的正端经第五电阻接第二二 极管的正端， 第二二极管的负端接第二达林顿驱动阵列的输入端， 第二达林顿驱动阵列的 输出端接继电器。 0008 本发明与现有技术相比的有益效果 ： 本发明采用 CAN 总线技术， 将配电控制器作 为 CAN 总线上的一个节点， 与地面配电测控设备配合接收配电控制指令， 完成各种配电控 制功能， 简化了系统构成， 提高了控制可靠性。同时， 本发明将定期测得继电器输出的电压 和外部用电设备消耗的电流并通过 CAN 总线下传至地面， 以供地面控制台实时监测， 对系 统的耗电状态有了更加直观的监测， 提高了配电可靠性。 附图说明 0009 图 1 为本发明的结构框。
13、图 ； 0010 图 2 为本发明继电器驱动电路的工作原理图。 具体实施方式 0011 本发明将配电控制器作为 CAN 总线上的一个节点， 与地面供配电测控设备配合， 通过 CAN 总线接收地面供电控制指令， 完成对测量系统设备的各种供电控制功能。地面供 电与箭上供电加电顺序任意， 不允许出现瞬间掉电。地供状态下， 各设备的加电顺序任意。 本发明接受手动控制指令实现统一地供、 统一箭供 ( 转电 )、 统一断箭供这三个重要控制动 作。手动控制能独立完成全箭的统一供配电功能， 确保 CAN 总线控制故障不影响系统配电 功能的实现。本发明的配电器定期测得用电设备电压、 电流并通过 CAN 总线下传。
14、至地面， 以 供监测系统实时显示。 0012 如图 1 所示， 本发明包括 CAN 模块、 继电器驱动电路、 继电器和参数测量模块， CAN 模块接收 CAN 总线发送的配电指令并将配电控制器自身输出的电压、 电流信号通过 CAN 总 线向外发送， CAN 模块通过继电器驱动电路驱动继电器执行配电动作， 继电器驱动电路执行 CAN 模块输出的配电指令控制继电器执行配电动作， 参数测量模块采集继电器输出的电压 和外部用电设备消耗的电流并将电压和电流信号输出至 CAN 模块 ； 0013 CAN 模块包括单片机、 A/D 采样模块、 CAN 总线控制器、 光电耦合器和 CAN 总线接口 模块， C。
15、AN 总线发送的差分信号由 CAN 总线接口模块转换成电平信号， 电平信号经光电耦合 器隔离后由 CAN 总线控制器进行解析成 CAN 数据帧发送至单片机， 单片机提取 CAN 数据帧 中的配电指令并发送至继电器驱动电路进行执行， A/D 采样模块将参数测量模块采样的电 压、 电流信号转换成数字信号发送至单片机并由单片机转发至 CAN 总线控制器， CAN 总线控 制器将采样的电压、 电流数字信号打包成CAN数据帧， 打包形成的CAN数据帧经光电耦合器 隔离后由 CAN 总线接口模块转换成差分信号发送至 CAN 总线。 0014 其中单片机采用 C8051F040 型单片机， 单片机内部集成 。
16、CAN 总线控制器， 光电耦 合器采用 6N137 型光电耦合器， CAN 总线接口模块采用 TJA1040T 接口芯片。单片机内部电 说 明 书 CN 102381263 A CN 102381278 A3/4 页 5 路与 CAN 总线接口模块采用高速光电耦合器隔离， 减少总线干扰对设备内部其他电路的影 响， 采用 PHILIPS 公司高速光电耦合器 6N137。 0015 如图 2 所示， 本发明中的继电器驱动电路由串入并出芯片、 反相器、 光电耦合器、 第一电阻、 第二电阻、 第三电阻、 第四电阻、 第五电阻、 第一二极管、 第二二极管、 限幅二极 管、 第一达林顿驱动阵列和第二达林顿。
17、驱动阵列组成， 串入并出芯片、 反相器、 光电耦合器、 第一电阻、 第二电阻、 第三电阻、 第四电阻、 第一二极管和第一达林顿驱动阵列构成自动驱 动通路， 第五电阻、 第二二极管、 限幅二极管和第二达林顿驱动阵列构成手动驱动通路， 自 动驱动通路中串并转换芯片接在单片机输出管脚与反相器的输入端， 反相器的输出端与第 一电阻分别接在光电耦合器的输入两端， 光电耦合器的一个输出端接电源正端， 光电耦合 器的另一个输出端经由第二电阻、 第三电阻、 第四电阻构成的分压限流电路接在第一二极 管的正端， 第一二极管的负端接在第一达林顿驱动阵列的输入端， 第一达林顿驱动阵列的 输出端接继电器 ； 手动驱动通。
18、路中限幅二极管的负端接手动控制信号， 限幅二极管的正端 经第五电阻接第二二极管的正端， 第二二极管的负端接第二达林顿驱动阵列的输入端， 第 二达林顿驱动阵列的输出端接继电器。 0016 其中串入并出芯片采用SN54HC595串入并出芯片(以下简称595芯片)， 在单片机 自动控制方式下， 单片机控制SN54HC595串入并出芯片(以下简称595芯片)， 595芯片驱动 后续电路， 进而控制继电器。 单片机控制595芯片中， 595_SER、 595_CLK、 595_HOLD为单片机 I/O 口线， Relay1 8 为输出端， 可以分别控制 8 个继电器， 在本系统中， 只使用 Relay5。
19、 8 来控制 4 组继电器。因为 595 芯片是串行输入并行输出的芯片， 每次输出需要 8 个 SRCLK 脉冲， 而且具有锁存功能， 所以， 相对于用单片机口线直接输出控制继电器的方式， 此种方 式可一定程度的提高系统可靠性。在自动控制模式下， 当信号为高电平时， 光电耦合器输 入端不构成回路， 光电耦合器不动作， 第一达林顿驱动阵列输入端电压为 0， 达林顿驱动阵 列不导通， 继电器不动作 ； 当为低电平时， 光电耦合器输入端构成回路， 发光二极管中有电 流通过， 从而光电耦合器动作， 第一达林顿驱动阵列输入端达到使其导通的电压， 继电器动 作， 完成自动控制方式下的继电器控制。第一电阻 。
20、R1 330 欧， 第二电阻 R2 10k， 第三电 阻 R3 5.1k， 第四电阻 R4 5.1k， 第五电阻 R5 10k。 0017 在手动控制模式下， 当信号有效时， 第二达林顿驱动阵列导通， 从而继电器动作， 手动控制时采用稳压限幅二极管降低第二达林顿管的输入电压。 手动控制和自动控制分别 采用两个达林顿驱动阵列驱动继电器， 通过两个二极管切断自动与手动控制的相互影响。 0018 参数测量模块包括电压测量和电流测量两部分。 电压测量的范围是25V31V， 额 定电压是 28V， 采用独立 A/D 采集芯片采集。电流检测采用霍尔电流传感器， 它是通过霍尔 效应原理对电流参数进行感应测量。
21、的设备， 主要特点是和测量对象不直接接触， 属于电隔 离的电流传感器， 并且具有测量精度高、 可靠性高、 体积小、 质量轻等特点。 该传感器测量信 号额定输出为 0 5V， 可直接接至 A/D 采集芯片进行模数转换 ； 并且该传感器的输出端采 取了限幅措施， 保证了传感器在故障情况下的输出电压在-0.8V+6V之间， 不至于损坏后 端的模数转换设备。 0019 下面以具体的例子对本发明做详细的描述 ： 0020 地面供电控制 ： 正常状态下， 单片机通过 CAN 总线接收地面控制台地面供配电指 令， 继电器控制视频设备、 发射机、 脉冲应答机的任意顺序的地供加电与断电。在紧急状态 说 明 书 。
22、CN 102381263 A CN 102381278 A4/4 页 6 下， 通过地面控制台的统一地供开关 (28V+ 信号 )， 控制三个继电器动作， 使得视频设备、 发 射机、 脉冲应答机统一由地面供电或断电。 0021 地面向箭上转电控制 ： 正常状态下， 单片机通过 CAN 总线接收地面控制台转电指 令， 控制转电继电器， 实现视频设备、 发射机、 脉冲应答机的箭供加电。 该部分具有继电器自 保电路设计， 继电器吸合后， 单片机失去对该继电器的控制权， 可以提高设备的可靠性能。 在紧急状态下， 通过地面控制台的统一箭供开关， 控制继电器动作， 使得视频设备、 发射机、 脉冲应答机统一。
23、由电池供电 ； 0022 单片机程序设计 ： 配电器主要是接收来自配电测控计算机的配电指令并作出响 应， 同时向 CAN 总线周期性发送电压、 电流及总线状态信息， 发送周期与系统帧周期 (25ms) 同步。配电器接收来自配电测控计算机的配电指令， 如果接收同一配电指令大于 4 次， 配电 器执行该指令动作， 并返回 “动作指令已发出” 状态给配电测控计算机， 返回指令 ID 与该动 作指令(来自配电测控计算机)ID相同， 为数据帧， 数据长度为1个字节， 数值为 “接收到该 指令的次数” ， 连续发送 2 遍， 2 遍之间间隔 2ms。地面收到该状态信息后， 认为配电器指令 由 CPU 已发出， 并进行记录。本程序主要是针对 C8051F040 单片机， 采用 Keil C 平台， 用 C 语言进行编程。能够很好的实现系统的要求。 0023 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。 说 明 书 CN 102381263 A CN 102381278 A1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102381263 A 。