基于CAN總線的群控電機驅動電動門系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于CAN總線的群控電機驅動電動門系統。它包括控制電路、主電路、電源、報警燈、電機、CAN總線、終端設備和上位管理系統；本發明專利技術有效提高群控電動門的安全穩定性、系統抗干擾能力和抗破環能力，解決系統使用環境限制。CAN總線組網設計安全、實時性好，易于跨越現場環境障礙，抗干擾、抗破壞能力強，網絡延遲低，掛載網絡節點多；開關電源與蓄電池雙電源模式防止斷電意外，保證系統運行持續性；電機驅動電動門確保門體機械結構運行到位防假鎖，斷電不影響安全性能；電機過電流檢測報警模塊，防止電機堵轉，提高系統安全性；此外，申請人還添加上位管理系統，通過局域網通信的人機界面使操作簡單，管理得心應手。

Motor driven electric door system of group control based on CAN bus

The invention discloses a group motor driving electric door system based on CAN bus. It includes main circuit, control circuit, power supply, alarm lamp, electric motor, CAN bus, terminal equipment and computer management system; the invention effectively improves the security and stability control system, electric door anti-interference ability and damage ability, solve the system environment. CAN bus network design security, real-time, easy to cross site environmental barriers, anti sabotage and strong anti-interference ability, low network latency, mount network multi node; switching power supply and battery power to prevent accidental double power supply mode, to ensure the system running continuously; motor driven electric door to ensure the mechanical structure of the door body running in place to prevent false lock that power does not affect the safety performance; the motor over-current detection and alarm module, motor stalling prevention, improve the safety of the system; in addition, the applicant is added to the upper management system, through the LAN communication interface makes the operation simple, easy to handle.

【技術實現步驟摘要】
基于CAN總線的群控電機驅動電動門系統
本專利技術設計一種電動門，特別涉及一種群控電動門系統。
技術介紹
電動門系統在工業和商業等各個領域得到廣泛應用。現有的電動門系統通常分為電磁鐵電動門、485總線的群控電動門和無線聯網群控電動門三種類型。電磁鐵電動門需要持續供電，一旦系統斷電失去控制，容易開啟，系統安全性低。此外，此類電動門需手動關到位，易假鎖。基于485總線的群控電動門，由于485總線半雙工通信、輪詢方式通訊和能掛載的子節點數量少等的特點，導致電動門反應速度慢，通訊間隔長且需要多層組網，導致系統動作遲鈍，系統結構龐大。無線聯網群控電動門采用無線聯網形式控制，其無線聯網安全性以及抗干擾能力差，使得系統容易被黑客入侵或遇到大功率干擾時引起網絡癱瘓，安全性以及穩定性低；其次，無線聯網穿墻能力弱，遇到堅實障礙（如監獄墻體等）時信號難以穿越；再次，無線聯網實時性能差，存在網絡堵塞、延遲問題；最后，無線聯網硬件功耗高，其路由節點時刻需要供電才能維持路由服務，一旦斷電容易引起整套網絡癱瘓，降低系統穩定性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種穩定的基于CAN總線的群控電機驅動電動門系統。本專利技術可以有效提高群控電動門的安全性和穩定性，提高系統抗干擾能力和抗破環能力；解決系統使用環境限制，可在存在堅實障礙物環境下投入使用。此外，基于CAN總線的監控系統，通過局域網通信的監控人機界面可以使操作簡單，管理得心應手。另外，申請人還在電源模塊采用開關電源和蓄電池雙供電系統，防止突然斷電意外，保證了系統運行的持續性。本專利技術的技術方案：基于CAN總線的群控電機驅動電動門系統，包括控制電路、主電路、蓄電池以及開關電源、報警燈、直流減速電機、CAN總線、終端設備以及計算機上位管理系統八個單元；蓄電池以及開關電源與主電路和控制電路相連，主電路與報警燈和直流減速電機相連，控制電路分別與主電路和CAN總線相連，控制電路、終端設備和計算機通過CAN總線相連。其中控制電路包括嵌入式單片機、總線驅動電路和信號調理電路，主電路包括電源管理電路、H橋驅動電路、直流電機H橋電路、警報警燈驅動電路和過電流檢測電路，如圖1所示。H橋驅動電路由74HC00D和IR2104組成，單片機的PWM輸出腳（77、78腳）接入四路與非門74HC00D做驅動信號緩沖，而后與IR2104的IN、SD端相連（2、3腳）控制其輸出，IR2104的輸出端（7腳）串電阻接入直流電機H橋電路，如圖2所示；直流電機H橋電路由4個場效應管組成，其整體輸出端連接電機驅動輸出端子，與電機相連，如圖3所示；報警燈電路由MOSFET驅動電路和接口電路組成，單片機PWM信號輸出腳（79、80腳）接入PC817出入端，經光耦隔離驅動場效應管，由場效應管的開關作用驅動外部24V報警燈和板上報警提示LED，如圖4所示；過電流檢測電路由霍爾線性電流傳感器ACS712搭建而成，ACS712的電流檢測端（1,2,3,4腳）串入電機正向驅動線，輸出信號線（7腳）接入信號調理電路，如圖5所示；信號調理電路由雙路運算放大器LM358組成，ACS輸出信號串電阻接入LM358運放正輸入端（3腳），運放負輸入端串電阻接地，經二級運放輸出信號接入單片機ADC接口（15腳），如圖6所示；CAN總線驅動電路由TJA1050組成，CAN總線接入TJA1050后轉換為單片機可承受的電平信號，接入單片機硬件CAN接口引腳（53、54腳），如圖7所示；單片機主系統由MK10D單片機、晶振電路、復位電路組成，主晶振為50MHz有源晶振，輸出端接入單片機40腳，RTC時鐘晶振為32.768KHz經兩濾波電容接入單片機23、24腳，復位電路由電阻電容按鍵組成接入單片機42腳。單片機內部硬件CAN協議接口與CAN驅動器TJA1050相連，經電平、協議轉換后接入CAN總線網絡，實現單片機與CAN總線網絡通信；電機驅動線路中串入霍爾線性電流傳感器ACS712，其輸出的線性信號經LM358兩次運放后接入單片機ADC，通過讀取ADC值估算出當前電機電流，防止電機堵轉時電流過大燒毀電機；電池正極串電阻接地分壓后，經LM358兩次運放后接入單片機ADC，有ADC讀出的值套入電阻分壓比例可反向計算出當前電池電壓；單片機通過雙路PWM輸出，經74HC00D緩沖，接入半橋驅動器IR2104，再接入H橋，實現電機正反轉控制并通過PWM調速；單片機通過PWM輸出，經光耦隔離后控制場效應管控制報警燈亮滅和亮度。與現有技術先比本專利技術具有以下效果。（1）本專利技術采用計算機內部局域網組網，安全性好，易于跨越現場環境障礙，抗干擾能力強，抗破壞能力強。（2）本專利技術采用CAN總線協議，實時性好、網絡延遲低，掛載網絡節點多。（3）本專利技術采用電機驅動，可確保門體機械結構運行到位，防假鎖。（4）本設計有外部電源和內部蓄電池雙電源供電，電網斷電對整個系統功能和安全性無影響，當外部供電恢復時可自動給蓄電池充電。（5）申請者在系統中設置電機過電流檢測裝置，當門在運動過程中受阻可及時報警，防止電機堵轉燒毀電機。附圖說明圖1是本專利技術的系統結構示意圖。圖2是H橋驅動電路。圖3是直流電機H橋電路。圖4是報警燈電路，其中1是MOSFET驅動電路，2是報警燈接口電路。圖5是過電流檢測電路。圖6是信號調理電路。圖7是CAN總線驅動電路。具體實施方式下面結合實例對本專利技術作進一步的詳細說明，但不作為本專利技術的限制。實施例：一種基于CAN總線的群控電機驅動電動門系統，如附圖1所示，包括控制電路、主電路、蓄電池以及開關電源、報警燈、直流減速電機、現場總線、終端設備以及計算機八個單元；其所述控制電路包括嵌入式單片機、總線驅動電路和信號調理電路，主電路包括電源管理電路、H橋驅動電路、直流電機H橋電路、警報警燈驅動電路和過電流檢測電路；蓄電池以及開關電源與主電路和控制電路相連，主電路與報警燈和直流減速電機相連，控制電路分別與主電路和現場總線相連，終端設備和計算機與現場總線相連，各樓層監控計算機通過局域網與上位管理計算機相連。單片機內部硬件CAN協議接口與CAN驅動器TJA1050相連，經電平、協議轉換后接入CAN總線網絡，實現單片機與CAN總線網絡通信，電機驅動線路中串入霍爾線性電流傳感器ACS712，其輸出的線性信號經LM358兩次運放后接入單片機ADC，通過讀取ADC值估算出當前電機電流，防止電機堵轉時電流過大燒毀電機；電池正極串電阻接地分壓后，經LM358兩次運放后接入單片機ADC，有ADC讀出的值套入電阻分壓比例可反向計算出當前電池電壓；單片機通過雙路PWM輸出，經74HC00D緩沖，接入半橋驅動器IR2104，再接入H橋，實現電機正反轉控制并通過PWM調速；單片機通過PWM輸出，經光耦隔離后控制場效應管控制報警燈亮滅和亮度。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于CAN總線的群控電機驅動電動門系統，其特征在于：包括控制電路、主電路、蓄電池以及開關電源、報警燈、直流減速電機、CAN現場總線、終端設備以及計算機上位管理系統；蓄電池以及開關電源與主電路和控制電路相連，主電路與報警燈和直流減速電機相連，控制電路分別與主電路和現場總線相連，終端設備和計算機與現場總線相連，各樓層監控計算機通過局域網與上位管理計算機相連；控制電路包括嵌入式單片機、總線驅動電路和信號調理電路；主電路包括電源管理電路、H橋驅動電路、直流電機H橋電路、警報警燈驅動電路和過電流檢測電路。

【技術特征摘要】
1.基于CAN總線的群控電機驅動電動門系統，其特征在于：包括控制電路、主電路、蓄電池以及開關電源、報警燈、直流減速電機、CAN現場總線、終端設備以及計算機上位管理系統；蓄電池以及開關電源與主電路和控制電路相連，主電路與報警燈和直流減速電機相連，控制電路分別與主電路和現場總線相連，終端設備和計算機與現場總線相連，各樓層監控計算機通過局域網與上位管理計算機相連；控制電路包括嵌入式單片機、總線驅動電路和信號調理電路；主電路包括電源管理電路、H橋驅動電路、直流電機H橋電路、警報警燈驅動電路和過電流檢測電路。2.根據權利要求1所述的基于CAN總線的群控電機驅動電動門系統，其特征在于：所述的計算機上位管理系統，上位機通過內部局域網組網，解決了網絡延遲及網絡安全的問題，使得電動門系統易于實時監測和控制。3.根據權利要求1所述的基于CAN總線的群控電機驅動電動門系統，其特征在于：所述的現場總線為CAN總線組網，安全性好，易于跨越現場環境障礙，抗干擾能力強，抗破壞能力強，實時性好、網絡延遲低，掛載網絡節點多；CAN總線驅動電路由TJA1050組成，CAN總線接入TJA1050后轉換為單片機可承受的電平信號，接入單片機硬件CAN接口引腳（53、54腳）；單片機內部CAN協議接口與CAN驅動器TJA1050相連，經電平、協議轉換后接入CAN總線網絡，實現單片機與CAN總線網絡通信。4.根據權利要求1所述的基于CAN總線的群控電機驅動電動門系統，其特征在于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程志江，陳星志，王萍，周鵬偉，黃凱，
申請(專利權)人：新疆大學，
類型：發明
國別省市：新疆,65