采用DS80C390單片機實現(xiàn)智能雙CAN監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1引言

CAN總線的全稱是ControllerAreaNetworkBus,簡稱控制器局部網(wǎng)總線，它是現(xiàn)場總線的一種，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r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）的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)了的，并最終成為國際標準（ISO118?8）。是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標準總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機械車輛設(shè)計的J1939協(xié)議。近年來，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(yīng)用于汽車計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境。CAN控制器工作于多主方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)（取決于報文標識符）采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)進行編碼，這可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。而利用RS-485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通信方式也只能以主站輪詢的方式進行，系統(tǒng)的實時性、可靠性較差。

本文以美國Dallas公司的內(nèi)部帶2個獨立CAN模塊的DS80C390芯片為核心設(shè)計一種雙CAN總線分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，并在電力系統(tǒng)同步靜止補償器（STATCOM）上得到應(yīng)用。

2 智能雙CAN總線節(jié)點

美國Dallas公司的高檔單片機DS80C390是內(nèi)置雙CAN模塊的嵌入式高速微處理器芯片：每個機器周期僅包含4個時鐘周期，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8位IO端口、3個16位定時器、256字節(jié)RAM、4kB內(nèi)部靜態(tài)SRAM、16個中斷源其中有6個外部中斷源；具有雙串行口、雙CAN口和雙數(shù)據(jù)指針。

采用DS80C390單片機作為核心的智能CAN節(jié)點結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由DS80C390單片機、8255、A/D轉(zhuǎn)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，最快讀時間45ns,擦除周期時間10s;數(shù)據(jù)存儲器選用HY628100SOP,該芯片是一種高速CMOS靜態(tài)RAM;A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，它能以500kHz的采樣率同時進行六通道信號采樣。時鐘芯片選擇DS12887,可以用來直接代替IBMPC上的時鐘日歷芯片；CAN收發(fā)器接口電路是用PHILIP公司生產(chǎn)的PCA82C250實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換，以滿足CAN的通信要求。

智能雙CAN節(jié)點功能主要包含如下：讀取撥碼開關(guān)的值，并以此數(shù)據(jù)作為ID的一部分，進行ID的設(shè)定；啟動A?D轉(zhuǎn)換，每個轉(zhuǎn)換通道在交流每周波采集1000點，即每20Ls轉(zhuǎn)換一次，數(shù)據(jù)存放在外部數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)中，當上位機召喚數(shù)據(jù)時，由CAN發(fā)送出去；啟動日歷時鐘，當發(fā)生故障時，記錄下故障時間，并產(chǎn)生外部中斷申請INT0或INT1。

3 分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)

DS80C390片內(nèi)集成有2個CAN接口模塊，可靠性較高，適合用來實現(xiàn)雙CAN線分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)。電力系統(tǒng)靜止同步補償器分層分布式監(jiān)測系統(tǒng)的電路原理框圖如圖2所示，整個監(jiān)控系統(tǒng)分為調(diào)度層、站控層和間隔層。

3.1 調(diào)度層

調(diào)度層包括上級調(diào)度計算機和遠動工作站計算機等，可以通過調(diào)制解調(diào)器撥號或通過以太網(wǎng)與站控層的中央監(jiān)控計算機網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進行通信。調(diào)度層的監(jiān)視畫面是由站控層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)布的。調(diào)度層是監(jiān)測系統(tǒng)的管理層。

3.2 站控層

站控層包括1臺中央監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（WebServ2er），WEB服務(wù)器是整個監(jiān)測系統(tǒng)的核心，完成系統(tǒng)的所有監(jiān)測功能并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布到調(diào)度層。站控層的WEB服務(wù)器包括PC2CAN卡和網(wǎng)卡等，通過PC2CAN卡總線與就地監(jiān)控的CAN節(jié)點通信，完成對裝置進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音報警等；采集靜止同步補償器的輸出電壓和系統(tǒng)電壓；站控層通過網(wǎng)卡和調(diào)度層的計算機連網(wǎng)。

3.3 間隔層

間隔層共設(shè)置40個底層監(jiān)測雙CAN節(jié)點（雙CAN單元），每個底層監(jiān)測CAN節(jié)點用跳線設(shè)置本單元號，用數(shù)碼管顯示設(shè)置的單元號。雙CAN節(jié)點連續(xù)進行3路模擬量錄波，接收到封鎖或跳閘信號時，繼續(xù)錄波2周期后存儲前后2周期錄波數(shù)據(jù)，發(fā)送到站控層的集中監(jiān)控計算機WEB服務(wù)器。

4軟件設(shè)計

單片機監(jiān)控程序是采用KeilC51開發(fā)的，在KeiluVision7.0上調(diào)試通過。CAN節(jié)點的軟件設(shè)計采用了模塊化的設(shè)計方法，在DS80C390的初始化中，初始化內(nèi)部寄存器，確定存儲器的分配情況。其設(shè)置如下：

SAEQU1

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(jù)不同的中斷調(diào)度到相應(yīng)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CAN發(fā)送出去，即實現(xiàn)故障錄波功能。系統(tǒng)軟件可利用串口在線升級。

5結(jié)論

本文研制了DS80C390雙CAN總線分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，并在電力系統(tǒng)靜止同步補償器中應(yīng)用，滿足了電力系統(tǒng)中各控制對象分布廣，實時性要求高的要求，極大地提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性和抗干擾性。