DS80C390雙CAN總線(xiàn)監控系統的設計及實(shí)現

　　1　引言

　　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網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構采用兩級總線(xiàn)式結構,兩級總線(xiàn)之間采用轉發(fā)器進(jìn)行連接,這種結構比環(huán)型結構信息吞吐率低,并且無(wú)源抽頭連接,通信介質(zhì)用雙絞線(xiàn),系統可靠性高。經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展,CAN總線(xiàn)憑借其卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計,越來(lái)越受到工業(yè)界的重視,并已公認為最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。CAN總線(xiàn)具有高可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性,它的特點(diǎn)如下:(1)方便地構成分布式監控系統,可以多主方式工作,而不分主從,通信方式靈活。(2)通信距離最遠可達10km,通信速率最高可達1Mbps?40m,網(wǎng)絡(luò )上節點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先等級,可以滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求。(3)每幀信息都有CRC效驗及其他檢錯措施,保證了數據的出錯率極低。

　　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I?O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,并可以調整轉換速度和防止出現大的干擾,負責將總線(xiàn)節點(diǎn)連接到總線(xiàn)上。

　　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(STATCOM)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。CAN節點(diǎn)平時(shí)定期發(fā)送2周期數據及輸入量狀態(tài)到站控層的集中監控計算機WEB服務(wù)器。

　　1　引言

　　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網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構采用兩級總線(xiàn)式結構,兩級總線(xiàn)之間采用轉發(fā)器進(jìn)行連接,這種結構比環(huán)型結構信息吞吐率低,并且無(wú)源抽頭連接,通信介質(zhì)用雙絞線(xiàn),系統可靠性高。經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展,CAN總線(xiàn)憑借其卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計,越來(lái)越受到工業(yè)界的重視,并已公認為最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。CAN總線(xiàn)具有高可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性,它的特點(diǎn)如下:(1)方便地構成分布式監控系統,可以多主方式工作,而不分主從,通信方式靈活。(2)通信距離最遠可達10km,通信速率最高可達1Mbps?40m,網(wǎng)絡(luò )上節點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先等級,可以滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求。(3)每幀信息都有CRC效驗及其他檢錯措施,保證了數據的出錯率極低。

　　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I?O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,并可以調整轉換速度和防止出現大的干擾,負責將總線(xiàn)節點(diǎn)連接到總線(xiàn)上。

　　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(STATCOM)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。CAN節點(diǎn)平時(shí)定期發(fā)送2周期數據及輸入量狀態(tài)到站控層的集中監控計算機WEB服務(wù)器。