基于CAN總線的潛水電機智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

目前，國內(nèi)外已有多家公司開發(fā)出針對個體潛水電機的智能電了保護裝置，雖然可以達到保護電機的目的，但無法實現(xiàn)集中管理。因此，對潛水電機群的實時監(jiān)控與統(tǒng)一管理的要求日益迫切。本文設(shè)計了基于CAN現(xiàn)場總線的潛水電機群分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以對散布的潛水電機保護裝置進行組網(wǎng)，實現(xiàn)潛水電機的智能化控制和網(wǎng)絡(luò)化管理。

潛水電機智能監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計

基于CAN現(xiàn)場總線的潛水電機分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控計算機(內(nèi)置PC-CAN適配卡)、智能節(jié)點、CAN總線網(wǎng)絡(luò)組成，其系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。分布在現(xiàn)場的監(jiān)控節(jié)點可以獨立對電機進行智能控制和故障保護；監(jiān)控計算機可以通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)和各個監(jiān)控節(jié)點進行實時通信，從而實現(xiàn)潛水電機群的分布式控制和集中臨管。

智能節(jié)點是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，它對潛水電機進行智能控制，并對電機在運行過程中出現(xiàn)的過載、過熱、滲水、漏水、短路、缺相等故障進行保護。PC-CAN適配卡用來完成CAN總線和監(jiān)控計算機之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，可以選用PCI總線適配卡、ISA總線適配卡或RS-232串行通信適配器。各個智能節(jié)點之間通過屏蔽雙絞線瓦聯(lián)構(gòu)成CAN總線網(wǎng)絡(luò)，總線兩端連接120Ω的阻抗匹配電阻，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

由監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和功能可知，該系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要足CAN智能節(jié)點的設(shè)計。智能節(jié)點硬件電路設(shè)計采用了模塊化結(jié)構(gòu)，由MCU、CAN通信模塊、信號采集模塊、電機控制模塊、狀態(tài)顯示模塊、參數(shù)設(shè)置模塊及串行通信接口組成，智能節(jié)點的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)具體情況可以只選用其中的部分模塊，增加了監(jiān)控裝置的實用性和經(jīng)濟性。例如：可以去掉顯示模塊和現(xiàn)場設(shè)置模塊，利用監(jiān)控計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和參數(shù)設(shè)置的功能。在單機運行時，可以不使用CAN通信模塊。

為了簡化設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性和性價比，智能節(jié)點的主要元器件都是選用同一家公司的產(chǎn)品，包括：微控制器(P89V51RD)、CAN控制器(SJA1000)、CAN收發(fā)器(PCA82C250)。P89V51RD內(nèi)帶64kB的Flash存儲器，該存儲器支持ISP功能，ISP的優(yōu)點是支持在系統(tǒng)編程，即不需要移出為控制器，只需要通過串行接口(RXT和RXD)，結(jié)合上位機軟件就可以實現(xiàn)PC對MCU的重復(fù)編程，而且硬件電路連接簡單，這樣就方便了程序調(diào)試，縮短了設(shè)計開發(fā)周期，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)場智能節(jié)點各個組成模塊的功能如下：

1．CAN通信模塊：CAN總線通信接口電路主要由CAN控制器SJA1000、6N137高速光隔、CAN收發(fā)器PCA82C250組成。SJA1000完全兼容CAN2.0協(xié)議，用來完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能，可實現(xiàn)對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，具有多主結(jié)構(gòu)、總線訪問優(yōu)先權(quán)、硬件濾波等特點；PCA82C250提供了對CAN總線差動發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能，有效地提高了總線的抗干擾能力，實現(xiàn)了保護總線、降低射頻干擾等功能。為了進一步提高整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，在SJA1000和PCA82C250之間增加了光電隔離器件，并且采用了雙電源，有效地抑制由總線引入的干擾。