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基于CAN總線(xiàn)的鍋爐分布式監控系統設計
作者：
時(shí)間：2013-02-27
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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引 言
鍋爐是通過(guò)燃燒加熱工質(zhì)來(lái)提供熱能動(dòng)力的重要設備，同時(shí)又是承壓、受火、有爆炸危險而又被各行各業(yè)普遍使用的特殊設備。所以實(shí)時(shí)監控鍋爐的運行狀態(tài)，及時(shí)、準確地發(fā)現鍋爐運行中的事故至關(guān)重要。傳統的鍋爐監控系統在測量手段和使用的傳感器方面都存在很大的缺陷。以溫度檢測為例，早期采用的熱電偶電橋法，測試過(guò)程復雜；而采用集成的半導體模擬溫度傳感器需要大量的傳輸電纜，成本高且不易維護。
CAN總線(xiàn)是一種多主機控制標準，具有物理層和數據鏈路層的協(xié)議、多主節點(diǎn)、無(wú)損仲裁、高可靠性及擴充性能好等特點(diǎn)；能有效支持分布式控制系統的串行通信網(wǎng)絡(luò )。一方面，其通信方式靈活，可實(shí)現多主方式工作，還可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)等多種數據的收發(fā)；另一方面，能在相對較大的距離間進(jìn)行較高位速率的數據通信。本系統是由上位機對多個(gè)并列的承壓鍋爐監控單元進(jìn)行控制管理，各監控單元之間要進(jìn)行快速的數據傳輸。CAN總線(xiàn)能很好地滿(mǎn)足該系統的要求。
1 系統總體結構
如圖1所示，系統由上位監控機、CAN節點(diǎn)0與其他CAN節點(diǎn)組成。其中，上位監控機為PC機，各CAN節點(diǎn)的微控制器為STC89LE54RD+。STC89LE54RD+外接CAN控制器SJA1000，外部設備主要為一線(xiàn)式數字溫度計DS1822與壓力傳感器。 
上位監控機(PC機)采用IBM-PC兼容機，主要負責對系統各節點(diǎn)監控數據的接收與管理、控制命令的發(fā)送以及各控制單元動(dòng)態(tài)參數和設備狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示。
CAN節點(diǎn)0是一個(gè)至關(guān)重要的節點(diǎn)，主要有兩個(gè)功能：一是作為上位機(PC機)與CAN總線(xiàn)的接口，完成CAN總線(xiàn)數據與RS-232接口的數據轉換，對智能節點(diǎn)傳送過(guò)來(lái)的數據信息進(jìn)行緩存，對告警信號進(jìn)行告警以通知維護人員進(jìn)行處理；二是負責協(xié)調上位機與各個(gè)CAN節點(diǎn)的通信，以確保各個(gè)節點(diǎn)的監控數據能夠快速、準確地傳給上位機。
監控CAN節點(diǎn)為智能型的監控模塊，以單片機為核心，主要負責對現場(chǎng)的環(huán)境參數和設備狀態(tài)進(jìn)行監測，對采集來(lái)的數據進(jìn)行打包處理并將處理過(guò)的數字信號通過(guò)CAN通信控制器SJA1000送入CAN總線(xiàn)；對系統中各個(gè)承壓鍋爐的壓力與溫度進(jìn)行測量。一般情況下，智能監控節點(diǎn)會(huì )把監控數據進(jìn)行存儲，定期上傳給上位機，并可接受上位機的輪詢(xún)。若超出正常工作范圍，則告警，同時(shí)把數據實(shí)時(shí)向上位機報告。
2 硬件結構的設計
如圖2所示，監控CAN節點(diǎn)以STC89LE54RD十為微控制器，外圍模塊包括CAN總線(xiàn)接口模塊、溫度采集模塊、壓力采集模塊、報警模塊等。為充分利用STC89LE54RD+的接口資源，除CAN接口模塊外，其余模塊均采用串行接口器件。這樣就減小了電路體積，降低了電路的硬件成本。
STC89LE54RD+是高速、低功耗且兼容Philips公司51MX內核的新一代單片機，12時(shí)鐘／機器周期和6時(shí)鐘／機器周期可反復設置，內部集成有MX810專(zhuān)用復位電路；執行指令的速度為標準8051的12倍，支持在系統編程ISP和在應用編程IAP。 
2.1 CAN總線(xiàn)接口模塊
在圖3所示的模塊中，選用SJA1000作為CAN控制器，PCA82C250作為CAN控制器接口芯片。SJA1000集成了CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層功能，可進(jìn)行通信數據的幀處理。PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)之間的接口，對總線(xiàn)提供差動(dòng)發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動(dòng)接收能力；增加通信距離，提高系統的瞬間抗干擾能力，保護總線(xiàn)，降低射頻干擾，實(shí)現熱防護。把STC89LE54RD+的ALE、RD、WR與SJA1000的ALE、RD、WR相連就構成一個(gè)最小系統節點(diǎn)，通過(guò)讀、寫(xiě)外部數據存儲器的形式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)SJA1000。將SJA1000的TX1腳懸空，RX1引腳接地，形成CAN協(xié)議所要求的電平邏輯。
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