基于A(yíng)T89C52的CAN總線(xiàn)無(wú)功補償控制設計

1 引言

根據資料統計，輸電線(xiàn)路、高壓配電網(wǎng)、低壓用戶(hù)三個(gè)部分的線(xiàn)損中，低壓用戶(hù)線(xiàn)損最大，因此，降損節能應主要圍繞低壓380V用戶(hù)進(jìn)行。長(cháng)期以來(lái)，我國低壓配電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱，自然功率因數低，而且結構復雜，降低了電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。目前，電力部門(mén)一般采用就地無(wú)功補償的方法解決這一問(wèn)題。目前市場(chǎng)上所投入使用的低壓無(wú)功補償裝置有很多種，但大部分補償單元基本上都是由主控制器的CPU直接驅動(dòng)的，系統有多少組電容器，就會(huì )從CPU引出相應路數的線(xiàn)，從無(wú)功補償器引出的線(xiàn)路很多，同時(shí)傳輸距離也很有限。這給安裝、檢修、維護和擴展帶來(lái)了極大的不方便。

CAN(Controller Area Network)總線(xiàn)屬于現場(chǎng)總線(xiàn)的范疇，它是德國B(niǎo)osch公司從20世紀80年代初為解決現代汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議。CAN總線(xiàn)標準支持全雙工通信，傳輸介質(zhì)采用雙絞線(xiàn)和光纖，傳輸速率可達1Mbps，節點(diǎn)數可達110個(gè)。其最大特點(diǎn)是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進(jìn)行編碼。其容錯能力和抗干擾能力強，傳輸安全性高、通訊速率快、傳輸距離可達10KM、同時(shí)還具有良好的抗電磁干擾能力，因而在實(shí)際應用中具有極高的應用價(jià)值。我們將CAN總線(xiàn)技術(shù)應用低壓無(wú)功補償裝置上，可以取得較好的無(wú)功補償效果。

2 系統硬件設計

2.1 系統硬件總體結構設計

系統硬件總體結構設計原理框圖如圖1所示。控制系統由數據采集單元、中心微處理控制器、CAN總線(xiàn)通信和驅動(dòng)執行單元、輸入鍵盤(pán)、顯示單元等部分組成。

圖1 硬件總體結構框圖

控制器的工作原理是：從控制現場(chǎng)傳感器CT、PT送來(lái)的電流、電壓信號，經(jīng)過(guò)二次變換，轉換成0~2V，0~5A信號。這些信號再經(jīng)過(guò)處理，使輸入的電壓、電流信號滿(mǎn)足數據采集測量芯片SA9904B的輸入要求。SA9904B把測得的三相電力參數相關(guān)值如電壓、有功能量、無(wú)功能量、頻率等存在其內部暫存器里。微處理控制器采用的是AT89C52型單片機，通過(guò)SPI接口訪(fǎng)問(wèn)SA9904B內部的24位暫存器，把暫存器的數據根據相應的公式計算就可以得到各相有功功率和無(wú)功功率，以及各分相有效電壓和頻率。根據預設的控制策略就可以決定要動(dòng)作的開(kāi)關(guān)模塊，然后主控制器把要動(dòng)作的智能投切模塊以及要進(jìn)行的投切動(dòng)作以幀的形式送到CAN總線(xiàn)上，相應的智能開(kāi)關(guān)模塊控制電容器的投切。

2.2 CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的硬件設計

節點(diǎn)是組成CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的基本單位，在本系統中，主控制器和智能投切模塊都可以看作是CAN總線(xiàn)的一個(gè)節點(diǎn)，每一個(gè)總線(xiàn)節點(diǎn)都由微處理器、CAN控制器、CAN驅動(dòng)器組成，各節點(diǎn)之間通過(guò)總線(xiàn)連接起來(lái)。接線(xiàn)示意圖如圖2：

圖2 CAN節點(diǎn)硬件結構圖

CAN通信接口采用PHILIPS公司生產(chǎn)的SJA1000通信控制器和82C250總線(xiàn)驅動(dòng)器。82C250是CAN控制器和物理總線(xiàn)間的接口，速率高，并且有過(guò)熱保護，它可以提供對總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送和接受功能。

2.3通信電路設計

CAN智能節點(diǎn)結構由3部分組成:微控制器、CAN控制器、CAN收發(fā)器。CAN收發(fā)器負責建立CAN控制器和物理總線(xiàn)之間的連接,控制邏輯電平信號從CAN控制器到達物理總線(xiàn)的物理層,反之亦然。CAN控制器和收發(fā)器分別采用的是PHILIPS公司的SJA1000和PCA82C250。微控制器負責從CAN控制器接受數據,然后進(jìn)行數據處理,將處理結果通過(guò)CAN控制器和CAN收發(fā)器發(fā)送給網(wǎng)絡(luò )中其他的節點(diǎn)。為了增強CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的抗干擾能力,SJA1000的TX0和RX0并不是直接與82C250的TXD和RXD相連,而是通過(guò)高速光耦6N137后與82C250相連,從而實(shí)現了總線(xiàn)上各個(gè)CAN節點(diǎn)間的電氣隔離。

2.4 安全保護電路設計

單片機微處理器CPU在運行過(guò)程中，很可能因受到外界干擾而出現程序“跑飛”或死機。當CPU在掃描工作時(shí)間超過(guò)正常周期時(shí)，需要監視控制定時(shí)器發(fā)出強行復位信號，將CPU重新拉回初始狀態(tài)，使系統恢復正常。本設計中采用美國XICOR公司的新型產(chǎn)品X5045可編程看門(mén)狗，當系統出現故障時(shí)，只要其計時(shí)的掃描周期達到編程設定的超時(shí)極限，或者當電源電壓降到最低轉換點(diǎn)以下時(shí)，芯片RESET引腳就會(huì )立即輸出高電平復位信號，從而避免了因系統故障、電源通斷、瞬時(shí)電壓不穩等因素系統安全性能的影響。