CAN適配卡發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀中的設(shè)計(jì)方案

CAN（Controller Area Network）控制局域網(wǎng)絡(luò)是一種串行通信網(wǎng)絡(luò)。它采用了許多新技術(shù)和獨(dú)特的設(shè)計(jì),因而使其在可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)。這些卓越的性能使CAN總線得以在全球范圍內(nèi)一直保持高速發(fā)展。考慮到CAN總線的成長(zhǎng)性及許多單片機(jī)中集成有CAN總線控制器,且CAN總線專用控制器IC術(shù)易從市場(chǎng)上得到,因此,在筆者設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀中采用CAN總線技術(shù)。

1 CAN總線系統(tǒng)的組成模式

基于現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀由智能數(shù)據(jù)采集模塊、工控機(jī)（IPC）、CAN總線三部分組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。每個(gè)模塊通過(guò)CAN總線與一臺(tái)工控機(jī)系統(tǒng)。工控機(jī)的主要功能是對(duì)智能數(shù)據(jù)采集模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取智能數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù),如發(fā)電機(jī)事件記錄、故障錄波;監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、趨勢(shì)分析、異常報(bào)警和完成報(bào)表輸出等功能。CAN總線部分主要是由CAN總線適配卡、通訊介質(zhì)以及相應(yīng)的通訊軟件構(gòu)成。

2 CAN智能適配卡的硬件結(jié)構(gòu)

CAN總線的卓越性能為發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)通訊提供了保障,但很多工業(yè)PC機(jī)并不帶有CAN總線接口,為了在IPC上擴(kuò)展CAN總線的監(jiān)控和管理功能,筆者設(shè)計(jì)了一塊適配卡插隊(duì)IPC的擴(kuò)展插槽內(nèi),以完成CAN接口與IPC的擴(kuò)展功能。

CAN總線PC適配卡的硬件電路如圖2所示,它主要包括89C52單片機(jī)（內(nèi)含8K E2PROM、256字節(jié)RAM）、地址譯碼與中斷信號(hào)控制邏輯電路EPM7128S、共享存儲(chǔ)器雙口RAM（IDT7132）、CAN控制器SJA1000芯片和光電隔離電路（6N137）以及CAN驅(qū)動(dòng)器82C520等部分組成。

要實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和CAN控制器之間的數(shù)據(jù)傳送,必須在PC機(jī)和適與卡上的MPC之間建立起雙向的數(shù)據(jù)交換通道。通過(guò)ISA總線實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)與主機(jī)之間交換數(shù)據(jù)有以下兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是靜態(tài)數(shù)據(jù)傳送,這種方法采用并行接口器件（如8255）或鎖存器（如74LS373）等構(gòu)成一字節(jié)深度的FIFO。該方法較為簡(jiǎn)單,但一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小,因而只適應(yīng)數(shù)據(jù)量小、速度要求不高的場(chǎng)合;二是共用單片機(jī)系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。此時(shí)可直接采用集成雙端口RAM或在通用RAM加上一些控制邏輯組成雙口RAM電路。集成雙口RAM是一種性能優(yōu)良的快速快通器件,適用于多CPU分布式系統(tǒng)及高速數(shù)字系統(tǒng)中。它提供了兩路完全獨(dú)立的端口,每個(gè)端口都有完整的地址、數(shù)據(jù)和控制線。對(duì)器件的使用者而言,它與一般RAM并無(wú)大的區(qū)別,只有在兩邊同時(shí)讀寫同一地址單元時(shí),才發(fā)生爭(zhēng)用現(xiàn)象。利用雙口RAM提供指示信號(hào),采用適當(dāng)?shù)耐ㄐ乓?guī)則就可避免爭(zhēng)用,以實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)的交換。集成雙口RAM不僅易于實(shí)現(xiàn),而且價(jià)格也不高。CAN信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)（8個(gè)字節(jié)）,適配卡對(duì)雙口RAM的容量要求并不大,故可選用IDT7130、IDT7132、IDT71231等。本文選用2k×8位的帶忙信號(hào)BUSY的IDT7132。CAN通信控制器選用Philips公司生產(chǎn)的能支持CAN2.0B協(xié)議并與82C200完全兼容的SJA1000,如把它視為存儲(chǔ)器映射的寄存器,則易于與89C52接口。為增強(qiáng)CAN總線的差動(dòng)發(fā)送和接收能力,本設(shè)計(jì)采用了CAN總線收發(fā)接口電路82C250。在SJA1000與從機(jī)的82C250之間接入光電耦合器可增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。光耦可采用高速光耦6N137。光耦兩側(cè)應(yīng)用采用DC-DC隔離電源,可選用力源公司生產(chǎn)的PS250DC5D5S。