淺談DS80C390雙CAN總線(xiàn)監控系統的設計與實(shí)現

　　CAN總線(xiàn)的全稱(chēng)是ControllerAreaNetworkBus,簡(jiǎn)稱(chēng)控制器局部網(wǎng)總線(xiàn)，它是現場(chǎng)總線(xiàn)的一種，是一種有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )。CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò )（Controller Area Network, CAN）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車(chē)電子產(chǎn)品著(zhù)稱(chēng)的德國B(niǎo)OSCH公司開(kāi)發(fā)了的，并最終成為國際標準（ISO118?8）。是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。 在北美和西歐，CAN總線(xiàn)協(xié)議已經(jīng)成為汽車(chē)計算機控制系統和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標準總線(xiàn)，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專(zhuān)為大型貨車(chē)和重工機械車(chē)輛設計的J1939協(xié)議。近年來(lái)，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應用于汽車(chē)計算機控制系統和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。CAN控制器工作于多主方式，網(wǎng)絡(luò )中的各節點(diǎn)都可根據總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)先權（取決于報文標識符）采用無(wú)損結構的逐位仲裁的方式競爭向總線(xiàn)發(fā)送數據，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對通信數據進(jìn)行編碼，這可使不同的節點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數據，這些特點(diǎn)使得CAN總線(xiàn)構成的網(wǎng)絡(luò )各節點(diǎn)之間的數據通信實(shí)時(shí)性強，并且容易構成冗余結構，提高系統的可靠性和系統的靈活性。而利用RS-485只能構成主從式結構系統，通信方式也只能以主站輪詢(xún)的方式進(jìn)行，系統的實(shí)時(shí)性、可靠性較差。

　　本文以美國Dallas公司的內部帶2個(gè)獨立CAN模塊的DS80C390芯片為核心設計一種雙CAN總線(xiàn)分層分布式監控系統，并在電力系統同步靜止補償器（STATCOM）上得到應用。

　　2 智能雙CAN總線(xiàn)節點(diǎn)

　　美國Dallas公司的高檔單片機DS80C390是內置雙CAN模塊的嵌入式高速微處理器芯片：每個(gè)機器周期僅包含4個(gè)時(shí)鐘周期，比8051單片機快四倍；支持最大晶振頻率為40MHz,單指令周期100ns;與80C52兼容且與8051指令兼容；有4個(gè)8位IO端口、3個(gè)16位定時(shí)器、256字節RAM、4kB內部靜態(tài)SRAM、16個(gè)中斷源其中有6個(gè)外部中斷源；具有雙串行口、雙CAN口和雙數據指針。

　　采用DS80C390單片機作為核心的智能CAN節點(diǎn)結構圖如圖1所示。由DS80C390單片機、8255、A/D轉換以及PCA82C250CAN收發(fā)器組成。外部程序存儲器選用Atmel公司的AT49F010芯片，最快讀時(shí)間45ns,擦除周期時(shí)間10s;數據存儲器選用HY628100SOP,該芯片是一種高速CMOS靜態(tài)RAM;A/D轉換器ADS7864是德州儀器（TI）公司Burr-Brown產(chǎn)品部最新推出的快速6通道全差分輸入的雙12位A?D轉換器，它能以500kHz的采樣率同時(shí)進(jìn)行六通道信號采樣。時(shí)鐘芯片選擇DS12887,可以用來(lái)直接代替IBMPC上的時(shí)鐘日歷芯片；CAN收發(fā)器接口電路是用PHILIP公司生產(chǎn)的PCA82C250實(shí)現電平的轉換，以滿(mǎn)足CAN的通信要求。

　　智能雙CAN節點(diǎn)功能主要包含如下：讀取撥碼開(kāi)關(guān)的值，并以此數據作為ID的一部分，進(jìn)行ID的設定；啟動(dòng)A?D轉換，每個(gè)轉換通道在交流每周波采集1000點(diǎn)，即每20Ls轉換一次，數據存放在外部數據發(fā)送緩沖區中，當上位機召喚數據時(shí)，由CAN發(fā)送出去；啟動(dòng)日歷時(shí)鐘，當發(fā)生故障時(shí)，記錄下故障時(shí)間，并產(chǎn)生外部中斷申請INT0或INT1。

　　3 分層分布式監控系統

　　DS80C390片內集成有2個(gè)CAN接口模塊，可靠性較高，適合用來(lái)實(shí)現雙CAN線(xiàn)分層分布式監控系統。電力系統靜止同步補償器分層分布式監測系統的電路原理框圖如圖2所示，整個(gè)監控系統分為調度層、站控層和間隔層。

　　3.1 調度層

　　調度層包括上級調度計算機和遠動(dòng)工作站計算機等，可以通過(guò)調制解調器撥號或通過(guò)以太網(wǎng)與站控層的中央監控計算機網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器進(jìn)行通信。調度層的監視畫(huà)面是由站控層的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器發(fā)布的。調度層是監測系統的管理層。

　　3.2 站控層

　　站控層包括1臺中央監控網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器（WebServ2er），WEB服務(wù)器是整個(gè)監測系統的核心，完成系統的所有監測功能并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)布到調度層。站控層的WEB服務(wù)器包括PC2CAN卡和網(wǎng)卡等，通過(guò)PC2CAN卡總線(xiàn)與就地監控的CAN節點(diǎn)通信，完成對裝置進(jìn)行封鎖脈沖和跳閘操作、封鎖故障指示、水冷報警和故障指示以及語(yǔ)音報警等；采集靜止同步補償器的輸出電壓和系統電壓；站控層通過(guò)網(wǎng)卡和調度層的計算機連網(wǎng)。

　　3.3 間隔層

　　間隔層共設置40個(gè)底層監測雙CAN節點(diǎn)（雙CAN單元），每個(gè)底層監測CAN節點(diǎn)用跳線(xiàn)設置本單元號，用數碼管顯示設置的單元號。雙CAN節點(diǎn)連續進(jìn)行3路模擬量錄波，接收到封鎖或跳閘信號時(shí)，繼續錄波2周期后存儲前后2周期錄波數據，發(fā)送到站控層的集中監控計算機WEB服務(wù)器。

　　4軟件設計

　　單片機監控程序是采用KeilC51開(kāi)發(fā)的，在KeiluVision7.0上調試通過(guò)。CAN節點(diǎn)的軟件設計采用了模塊化的設計方法，在DS80C390的初始化中，初始化內部寄存器，確定存儲器的分配情況。其設置如下：

　　SA　　　　　　EQU1

　　IDMDQU2

　　CMAEQU1

　　P4CNT5-3EQU 100B

　　P4CNT2-0 　　 EQU100B

　　P5CNT3-0EQU100B

　　程序采用中斷方式，各程序初始化后，根據不同的中斷調度到相應的中斷服務(wù)子程序，在中斷服務(wù)程序中，單片機將把記錄的信息通過(guò)CAN發(fā)送出去，即實(shí)現故障錄波功能。系統軟件可利用串口在線(xiàn)升級。

　　5　結　　論

　　本文研制了DS80C390雙CAN總線(xiàn)分層分布式監控系統，并在電力系統靜止同步補償器中應用，滿(mǎn)足了電力系統中各控制對象分布廣，實(shí)時(shí)性要求高的要求，極大地提高了系統的安全性、可靠性和抗干擾性。