CAN總線在地面變電所模擬盤中的應用

1 問題的提出
以前對井下電力負荷的監(jiān)控，只能靠模擬電表來指示?，F(xiàn)在可以采用計算機控制與管理，用模擬盤顯示井下負荷的動態(tài)工作情況?？梢越柚?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/CAN">CAN一232B智能型轉換網橋和模擬盤控制器來實現(xiàn)這些。
CAN一232B智能型轉換網橋，用于PC或其他帶RS 232端口的設備與CAN設備之間的通訊CAN(Con―troller Area Network)是一種串行總線系統(tǒng)。CAN擁有高傳輸速度(高達1 Mb／s)和高可靠性，能以高性能和高品質的方式實現(xiàn)高度可靠的監(jiān)控系統(tǒng)。為了能在通常的RS 232設備上使用CAN網絡，CAN一232B設計成將RS 232的串行幀重新打包為CAN擴展幀，并通過CAN收發(fā)器發(fā)送到CAN總線上；反之，如果CAN一232B的收發(fā)器收到CAN總線上的數(shù)據(jù)幀，而且通過了驗收碼校驗，它就會把CAN幀拆包，并將其中的數(shù)據(jù)發(fā)到RS 232口上，因此它可以在CAN與RS 232之間精確地轉換信息。
CAN一232B有2種工作模式：設置模式和工作模式。在設置模式下，用戶可對它的參數(shù)進行設置。而在工作模式中，它完成上述的協(xié)議轉換。CAN一232B特別適合小流量的CAN―bus數(shù)據(jù)傳輸應用，最高可達300幀／s的數(shù)據(jù)傳輸速率。
CAN一232B采用表面安裝工藝，板上自帶光電隔離模塊，在控制電路和CAN電路之間實現(xiàn)完全電氣隔離。CAN一232B也采用防雷設計，每線提供600 W的抗雷擊承受力，加上獨立的DC／DC電源，這樣的三保險設計使CAN一232B具有很強的抗干擾能力，大大提高系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性。

2 模擬盤控制器的功能
電力監(jiān)控模擬盤設于地面變電所，主要用于低電壓等級供配電系統(tǒng)的計算機監(jiān)測與控制。在供電系統(tǒng)的每條配電回路中安裝1臺監(jiān)控器，通過CAN總線通信網絡與現(xiàn)場控制站及中央控制站共同形成一個供配電計算機監(jiān)控與管理系統(tǒng)。

模擬盤控制器是電力監(jiān)控系統(tǒng)的顯示部分，在現(xiàn)場中的監(jiān)控器采集到回路的模擬量、開關量，并將這些數(shù)據(jù)根據(jù)CAN總線通訊協(xié)議轉化成可傳送的數(shù)據(jù)幀格式發(fā)送到CAN總線上。模擬盤控制器一直“掛”在CAN總線上，當CAN總線上有數(shù)據(jù)時，模擬盤控制器利用接受中斷程序接收這些數(shù)據(jù)幀，并根據(jù)CAN總線的通信協(xié)議將數(shù)據(jù)幀還原成相應數(shù)據(jù)發(fā)送到自身所攜帶的指示燈或數(shù)字表上進行顯示。當調度端主機發(fā)出遙控合閘或遙控選線命令，模擬盤控制器根據(jù)CAN總線協(xié)議將命令轉化成可傳送的數(shù)據(jù)幀格式，利用發(fā)送中斷程序傳送到CAN總線上，現(xiàn)場相應的開關接受到命令后進行相應的動作。

3 模擬盤控制器的硬件設計
3．1 硬件電路設計
模擬盤控制器的硬件電路主要由：P8XC592單片機、1232看門狗、RAM數(shù)據(jù)存儲器6264、ROM程序存儲器27C256、CAN控制器接口PC：82C250，RS 485通訊、光電耦合器6N137、光隔等構成。
P8XC592單片機為整個硬件電路的核心，由Philips公司開發(fā)生產的，適用于自動和通用工業(yè)應用的8位高性能微控制器。它在80C5l標準特性基礎上增加了一些重要的硬件功能，如與內部RAM進行DMA數(shù)據(jù)傳送的CAN控制器；具有總線故障管理功能的l Mb／s CAN控制器；與標準80C51兼容的全雙工UART等。
P8xC592共有68個管腳，其中P0～P3與80C51相同，并行I／0口P4的功能與P1，P2和P3相同。P5口主要用作A／D變換器的模擬量輸入端。P0～P3還可完成下列功能：PO為擴展P8XC592標準存儲器和外部設備提供用作分時復用的低8位地址和數(shù)據(jù)總線；P1可作為外部中斷請求輸入端、外部計數(shù)器輸入端、外部計數(shù)器復位輸入端和CAN接口的CTX0和CTXl輸出端；P2當擴展P8XC592標準存儲器和外部設備提供用作分時，提供高8位地址；P3引腳可分別進行配置以提供外部中斷請求輸入端、計數(shù)器輸入端、串行口UART的接收輸入端和發(fā)送輸出端以及外部數(shù)據(jù)存儲器的讀和寫控制信號。
本設計利用P0，P2口作為外部存儲器的高、低位輸出端，P1．O端為模擬盤控制器的外部巡檢操作端，P1．1為閃光解除操作端口，P3．O，P3．1，P3．2為RS 485通訊操作端口，P3．3用于看門狗復位，P3．4，P3．5用于P0輸出高低位的選通，P3．6，P3．7用于控制外部存儲器的讀寫。在程序設計中采用外部存儲單元，數(shù)據(jù)存儲器6264，程序存儲器27C256。采用74HCl73進行數(shù)據(jù)的高、低位的位選。
3．2 硬件電路的抗干擾設計
為了增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，P80C592芯片的CTX0和CRX 0并不直接與82C250的TXD和RXT相連，而設計為通過高速光耦6N 137后與82C250相連．這樣就很好地實現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點間的電器隔離。光耦部分電路所采用的2個電源完全隔離，這樣可以提高節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性，否則采用光耦就失去了意義。
82C250與CAN總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。82C250的CANH和CANL引腳各自通過1個5Ω的電阻與CAN總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護82C250免受過流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)2個30 pF的小電容，起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。
另外芯片P80C592并不直接與輸出電路相連。它們之間被光隔相隔離。當外界電路因干擾或者發(fā)生故障導致電路運行參數(shù)突變時，芯片會因光隔的存在而免受影響，從而保證芯片P80C592的安全運行。以上的各種措施使單片機P80C592完全與外界相隔離，在一個相對獨立的環(huán)境中運行，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。