基于CAN总线的智能电源监控系统

2020-09-02 17:27 ryder

 
引言
 
    线路的供电电源的稳定性和可靠性对整个通讯起着关键作用。因而要求能对供电电源的运转状况进行实时监控,及时发现异常情况和事故隐患,在出现异常和毛病时迅速进行诊断并予以修复。
 
1 CAN总线与485总线的比较
 
    1)485总线的特色
 
    相对于RS一232,RS一485半双工异步通讯总线具有通讯间隔远、通讯速率高、本钱低一级特色,是一种被广泛运用的数据通讯总线。但485总线的波特率设置受到单片机的波特率设置的限制,在单片机运用24M晶振的情况下,也只能够设置到9600bps的波特率。485总线的容错和运用层的协议,能够自己经过软件来完成,比较灵敏,但是编程的工作就变得复杂。因而在对速度要求高、数据传送量大的大型体系中,485总线在实时性和可靠性方面的功用就显得比较软弱。
 
    2)CAN总线的特色
 
    CAN全称为Controller Area Network,即操控器局域网,是国际上运用最广泛的现场总线之一。CAN总线首要具有以下的特色:
 
    (1)CAN总线通讯最高波特率可高达lMbps(选用双绞线通讯间隔40m)、最远通讯间隔为10km(可达5kbps)。
 
    (2)CAN总线选用了短帧结构,每一帧为8个字节,传输时刻短,受干扰概率低,每帧信息都有CRC校验和其他检错措施,确保了数据的出错率极低,然后进步了传送数据的可靠性。
 
    (3)和485总线相同,选用平衡传输,抗干扰才能强。
 
    (4)选用非破坏性总线裁定,当有几个节点一起发送信息的时分,根据帧开端部分的标识符,进行逐位裁定,优先等级高的信息会不受影响地持续发送,优先等级低的信息就会中止发送,然后确保重要信息的及时传送。
 
    (5)借助CAN操控器里边的接纳滤波器,CAN总线能完成点对点,一点对多点以及全局广播等方式传送,无需专门的调度。
 
    由此可见,CAN总线具有传送数据实时性和可靠性高的长处,能运用于数据传送量大、数据传输的速度要求高的体系中。
 
2 电源智能监控体系的构成
 
    邮电通讯线路的供电电源是±48V。监控体系对现场的温度、总电源和各通支路电源的电压和电流进行收集。本监控体系由位于监控中心的上位机(PC机)和现场多个智能节点组成。每一个智能节点能够收集64路的数据(电压、电流或温度)、具有现场的界面显现、键盘操作、报警和与上位机通讯等功用。在正常的情况下,位于现场的各个智能节点每隔一段时刻就要把当时64路的数据上传给上位机。当线路的电源出现毛病时,无论当时正在进行什么操作,智能节点都会立刻发送毛病信息给上位机,而且在现场宣布报警信号。因为电源的电压、电流和温度是经过分流器来采样获得的,而选用不同的分流器,则要进行不同的数值改换。所以在上下位机中都需求有一套相同的装备表,当其中一方的装备表有改动,就要告诉另一方,进行及时更新。监控中心的计算机由RS一232串口接到通讯适配器上,完成计算机与智能节点网络的传输。因为传输的数据量大,要求传输速度较快,而且对重要信息的传送的可靠性和实时性要求高,因而为了进步体系的可靠性和实时性,该体系的通讯接口选用了CAN总线技能。整个体系的结构图如图1所示。

3 智能节点的硬件规划
 
    智能节点硬件框图见图2。因为智能节点在同一时刻可能要进行很多动作,如数据的收集,与上位机的通讯,界面的显现等,为了确保数据的正确收集和可靠传输,本体系选用双MCU结构,从MCU负责数据的收集、保存和报警功用。而主MCU负责数据的转发,现场的界面显现等功用。主、从MCU都选用AT89C55。其内部具有20K的EPROM,而且自带看门狗电路,简化了电路衔接,进步了体系的抗干扰性。它具有双DPTR结构,然后使片外寻址的编程愈加灵敏和简化。
 
    ADC8016是逐次比较式16路8位A/D转化器。它包括有一个8位A/D转化器和16路的单端模拟信号多路转化开关。在一个智能节点中需求4块ADC8016对64路的数据进行转化。
 
    因为电压、电流和温度信号是经过分流器改换成电压量之后才进行收集的。因为分流器改换出来的电压量是毫伏级的,而ADC8016的输入范围是0~5V,所以由分流器改换出来的电压量要经过信号扩大电路之后才进入AD转化器。信号扩大电路由两级的运算扩大器构成,然后进步了体系的精度。
 
    为了进步体系的抗干扰才能,在数据收集芯片ADC0816和AT87C55之间加入光耦阻隔。要注意的是,这里要选用快速光耦,因为如果选用光耦的开关速度太慢,由ADC出来的数据是传送不到收集MCU那儿的。因而我们选用了快速光耦6N137。而现场报警的功用是经过蜂鸣器来完成。
    主、从MCU之间的数据、信息的传递是经过双口RAM(CY7C007)来完成的。从MCU收集到的数据储存到双口RAM中,主MCU在恰当时分从双口RAM中取出数据,并对数据进行发送。为了确保收集的数据不因下位机掉电或其他毛病而丢失,主MCU在数据发送之前,先把数据存放在掉电非易失存储器里。在CY7C007中地址最高的两个字节7FFE、7FFF和两头的INTL、INTR引脚可作为左右两头的操控信号来用。当左面向7FFE写数据时,右边的INTR引脚会变低,当右边向7FFE读数据时,INTR引脚复位,而INTR引脚是低电平有效的。对7FFF做类似的操作时,INTL引脚也会有相同的功用。而本体系中,便是根据CY7C007这一特色,把CY7C007的INTR引脚连到主MCU的INT0引脚。当从MCU检测到有毛病时,就向双口RAM的7FFE写数据,然后向主MCU宣布报警信号,让MCU立刻进入中断,进行相应的处理。
 
    液晶显现屏和键盘完成下位机的人机交换功用。经过键盘操作能够修改装备表,自动将更新的装备表上传,向上位机讨取最新的装备表等功用。而且与液晶显现屏合作,进行各种显现界面的替换。
 
    CAN操控器SJAl000是一个带有CAN2.0操控协议的集成器件。只要对它内部的各种寄存器的值进行初始化,便能完成不同的通讯功用,这简化了软件程序的编写,使开发者能更集中于通讯操控战略的研究。
 
    收发器82C250作为SJAl000和CAN总线的接口,能供给差动发送和差动接纳,满意CAN2.0协议的要求,并进步了体系通讯的抗干扰功用。经过对脚8(RS)的不同衔接能够完成三种不同的工作方式:高速、斜率操控和待机。本体系中选用斜率操控,以下降射频干扰。
 
4 监控中心的办理软件
 
    电源监控硬件体系的规划规划要确保体系工作的可靠性、稳定性,它反映了体系的根本功用。而体系的办理软件是面向用户的,它应充分发挥协调硬件的技能才能,一起要尽可能易于操作,供给所需的信息,便利办理。监控室的办理软件选用中文版Visual Basic语言编写。监控软件的主体功用如图3所示。它具有CAN通讯进程,装备表的设置,电压电流值的换算,当时数据值显现,毛病信息显现,毛病前后数据曲线图显现,时钟同步等功用。
 
    通讯进程是完成数据进出的中心功用。它要接纳或发送装备表,使上下位机的装备表一致;接纳毛病信息;完成正常数据传送的握手协议;发送对时帧,使各节点时钟同步。
 
    为了防止其他人随意改动装备表的信息,在进入装备表设置之前有必要进行密码认证。而装备表的设置用于分流器类型的设定,定义标识地址上节点的数据链接指向,包括该节点监控的是哪一个位置的数据,该路收集的是总电源、支路电源还是温度的数据。因为数据是经过分流器改换之后才进行收集的,而且上传来的数据是十六进制的,所以在上位机要对接纳到的数据进行一定的换算。
 
    经过观察接纳数据的变化,能够长途监控现场的通讯电源工作情况,及时发现出现毛病的位置和类型。当出现毛病时,能够调用毛病出现前后的数据,画出曲线,经过观察曲线,能够对毛病进行剖析。
 
    监控室的上位机每隔12个小时就会把当时的时刻发送给智能节点,智能节点一旦发现本身的时钟和上位机的时钟的差值超越答应范围,就对本身的时钟进行修改,确保数据收集的一起陛。
 
5 结束语
 
    该多路电源智能监控体系已在某邮电通讯公司中运用。经过调试和运转,证明该多路电源智能监控体系选用CAN总线技能能够达到很好的实时性和可靠性的要求。
 

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