基于CAN通信的電源監控系統的設計

　　引言

　　電源技術(shù)發(fā)展的方向之一是運用電源模塊并聯(lián)技術(shù)實(shí)現功率合成，組成積木式、智能化的分布式大功率電源系統。為使并聯(lián)的各個(gè)模塊協(xié)調工作，對分布式電源系統進(jìn)行可靠的監控是電源技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。目前對分布式電源監控普遍采用的做法存在的問(wèn)題主要在數字化程度不高，速度不夠快，精度和可靠性不夠高等問(wèn)題，然而在工業(yè)控制中電源控制顯的十分的重要。

　　1 電源監控系統總體設計

　　傳統電源系統并聯(lián)系統多是采用模擬的方法實(shí)現模塊間的電流均流的，但存在著(zhù)一些共同的不足：必須有均流控制母線(xiàn)，需要增加專(zhuān)門(mén)的均流控制器。且均流母線(xiàn)屬于模擬電平信號線(xiàn)，抗干擾能力較弱；難于保證電源模塊調制頻率的一致。同時(shí)，當多個(gè)子并聯(lián)電源單元組成分布式電源系統時(shí)，對整個(gè)系統進(jìn)行實(shí)時(shí)、準確的統一監控和調度意義重大。電源監控實(shí)現的前提條件就是能在各子單元和監控單元之間通信，本系統設計就使用了在工業(yè)場(chǎng)合經(jīng)常使用的具有存在自適應、自保護功能脆強，抗干擾能力強的CAN總線(xiàn)。

　　本系統由8塊控制單元和1塊中央監控單元組成?？刂茊卧捅O控單元之間通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸，各單元自成一個(gè)CAN節點(diǎn)。每個(gè)單元的核心處理器都是r11公司的TMS320F2812 DSP芯片。每個(gè)控制單元有一個(gè)用戶(hù)而板與之對應?？刂茊卧兔姘逋瓿擅繉与娫茨K的電源參數采集，均流基準輸出，“遙/本采”及“遙，本調”切換，面板狀態(tài)信息顯示：中央監控單元完成對各層控制單元采集數據的實(shí)時(shí)匯總顯示以及對各層電源模塊的“遙調”，系統整體結構如圖1所示。

　　圖1系統控制單元結構圖

　　2 系統中央監控單元與外圍電路設計

　　中央監控單元可實(shí)現模塊信息的匯總顯示和對各層電源的“遙調”。各層控制單元采集和處理的數據經(jīng)CAN總線(xiàn)傳送給中央監控單元。這些信息可以在OLED屏幕上分頁(yè)顯示，可接受來(lái)自鍵盤(pán)的操作自由選擇要顯示的信息?！斑b調”值也是通過(guò)鍵盤(pán)輸入得到。本系統選用的處理器是TI公司的TMS320F2812，此處理器是一款32位定點(diǎn)數字信號處理器，處理速度可以達到150MIPS。該處理器還集成了128KB的Flash存儲器和128位的密碼保護機制，從而大大改善了應用的靈活性。同時(shí)片上還集成了16通道高性能12位ADC單元，提供了兩個(gè)采樣保持電路，可

　　以實(shí)現雙通道信號同步采樣，中央監控單元結構圖如圖2所示。

　　　圖2中央監控單元結構圖

　　2．1ADC模塊電路設計

　　TMS320F2812內部的ADC模塊是一個(gè)12位帶流水線(xiàn)的模數轉換器，模數轉換單元的模擬電路包括前向模擬多路復用開(kāi)關(guān)（MUXs）、采樣/保持（S/H）電路、變換內核、電壓參考以及其他模擬輔助電路。模數轉換單元的數字電路包括可編程轉換序列器、結果寄存器、與模擬電路的接口、與芯片外設總線(xiàn)的接口以及其他片上模塊的接口，ADC模塊接線(xiàn)如圖3所示。

　　圖3 ADC模塊接線(xiàn)圖

　　2．2 eCAN模塊電路設計

　　CAN總線(xiàn)是一種多主串行通信方式，具有高級別的安全性，可以有效地支持分布式適時(shí)控制。CAN總線(xiàn)具有較強的抗干擾能力，可以在強噪聲干擾和惡劣工作環(huán)境中可靠的工作TMS320F2812的CAN控制器為DSP提供完整的CAN協(xié)議，減少了通信時(shí)的處理器開(kāi)銷(xiāo)。eCAN模塊主要由CAN協(xié)議內核fCPK）和消息控制器構成。CAN協(xié)議內核主要完成兩個(gè)功能：根據CAN協(xié)議對CAN總線(xiàn)上接收到的消息進(jìn)行解碼，向接受緩沖發(fā)送解碼后的消息：CAN協(xié)議內核的另外一個(gè)功能是根據CAN協(xié)議在CAN總線(xiàn)上傳送消息。消息控制器對CAN協(xié)議內核接收到的消息進(jìn)行判定，決定留給CPU使用還是丟棄，消息控制器還根據消息的極性將下一個(gè)消息發(fā)送到CAN協(xié)議內核（CPK）。CAN通信電路中，其中Rx和Tx分別是DSP的GPIOF7和GPIOF6引腳。上電初始它們默認為通用I/O引腳，通過(guò)軟件配置町實(shí)現為eCAN模塊接收和發(fā)送數據。

　　本系統使用的是德州儀器公司生產(chǎn)的SN65HVD2303.3V CAN收發(fā)器，該收發(fā)器具有一差分收發(fā)能力、斜率控制、具有一抗寬范圍的共模干擾、電磁干擾（EMI能力、高輸入阻抗和最多允許120個(gè)CAN節點(diǎn)等特點(diǎn)。SN65HVD230具有一高速、斜率和等待3種不同的工作模式。其工作模式控制可通過(guò)設置RS控制引腳來(lái)實(shí)現。

　　本設計中，考慮到信息的實(shí)時(shí)顯示和控制以及傳送的數據量較大且通信距離不長(cháng)，為了提高信息的實(shí)時(shí)顯示和控制能力，故采用高速模式。把RS引腳接地。由于各個(gè)控制單元電氣上是隔離的，通過(guò)光隔把控制單元和CAN通信部分隔離開(kāi)來(lái)。為了電平匹配，采用了LVTTL/LVCMOS兼容高速光隔，本設計采用Agilent公司的HCPL-260L。

　　2．3 DAC電路設計

　　本設計中，DAC采用ADI公司的DAC8562。這是一款12位并行DAC供電電源+5V。由于本系統的外部供電電源也是5V，而12位的精度足以演足系統要求，故采用此款DAC，AC8562和DSP的連接電路見(jiàn)圖4所示：

　　　　圖4 DAC的連接電路圖

　　2．4 OLED顯示電路設計

　　中央監控單元的信息顯示采用OLED屏。有一機發(fā)光顯示OLED是比液品顯示技術(shù)更為先進(jìn)的新—代平板顯示技術(shù)，是被業(yè)界公認為最具發(fā)展前景的下一代顯示技術(shù)。本設計采用的是Visionox公司的最新產(chǎn)品VGGl2864E-S001。這是128 x 64行點(diǎn)陣的OLED單色、字符、圖形顯示模塊。模塊內藏64 X 64的顯示數據RAM，其中的每位數據都對應于OLED屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)，具有8位行數據接口，讀寫(xiě)操作時(shí)序，接口電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

　　OLED模塊的訪(fǎng)問(wèn)有直接訪(fǎng)問(wèn)方式和間接訪(fǎng)問(wèn)方式。直接訪(fǎng)問(wèn)方式下，OLED的讀寫(xiě)使能信號E由DSP的XRD和XWE組合產(chǎn)生．間接訪(fǎng)問(wèn)方式下，包括E在內的所有控制信號均接到DSP的I/O口上，通過(guò)軟件模擬OLED的讀寫(xiě)操作時(shí)序。在設計時(shí)綜合考慮到兩種操作方式，把XRD、XWE、DSP的I/O口以及OLED的控制信號均引到CPLD內，方便以后的選擇和調試。OLED與DSP的連接電路圖見(jiàn)圖5。

圖5 OLED與DSP的連接電路

　　3 系統軟件設計

　　程序開(kāi)始對GPIO，ADC。ECAN等各個(gè)外設初始化，進(jìn)入死循環(huán)。在循環(huán)里，程序啟動(dòng)各個(gè)外設并成相應的功能，其程序流程圖如圖6所示。

　　　　圖6控制單元軟件流程圖

　　CAN總線(xiàn)通信軟件的設計包括應用層協(xié)議制定和實(shí)施、明確各節點(diǎn)的功能以及相互交互的數據、規定數據每—位的確切含義以及要做的響應處理。CAN節點(diǎn)軟件設計的主要分三個(gè)部分，即初始化CAN模塊、數據發(fā)送程序、接收程序。CAN模塊使用之前必須要進(jìn)行初始化。首先，設置CANTX和CANRX做為CAN的通信引腳。在標準的T作模式下，通過(guò)把CCR（CANMC.12）置1，使CAN模塊工作在初始化模式。等待當CCL（CANLS.4）為1時(shí)，才能執行初始化操作。初始化操作首先要進(jìn)行位時(shí)間配置寄存器CANBTC的設置。CANBTC設置決定總線(xiàn)傳輸信號的波特率，是CAN控制器模塊的核心配置問(wèn)題，CAN初始化配置流程圖如圖7。

　　　圖7 CAN模塊的初始化配置

　　4 結論

　　本文創(chuàng )新點(diǎn)：在數字化電源監控逐漸流行的今大，本文提出了一種基TMS320F2812DSP的針對分布式多模塊電源的監控系統，該監控系統以穩定，安全，傳輸速度高的CAN通信技術(shù)作為本系統模塊間通信方式，考慮到系統擴展的需要，選用含用大存儲空間的處理芯片，方便系統程序的擴展；同時(shí)，選片時(shí)盡量考慮集成度高，可靠性高，針對系統功能需求的處理芯片和外圍功能電路。本系統注重實(shí)際效用，在實(shí)際的工業(yè)控制中，系統工作穩定。