|
CAN總線簡介 CAN為多主方式工作，網絡上任一節點均可以在任意時刻主動向網絡上其他節點發送信息；CAN網絡上的節點信息分成不同的優先級，可滿足不同的實時要求； CAN采用非破壞性總線仲裁技術；CAN只需通過報文濾波即可實現點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數據；CAN的直接通信距離最遠可達 10km(速率5kbit/s以下)，通信速率最高可達1Mbit/s(此時通信距離最長為40m)；CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數據出錯率極低；CAN的通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纜，選擇靈活。 系統方案設計 系統由以下部分組成：脈沖電度表、電量采集器、CAN轉換器、調制解調器、上位機。系統的結構框圖如圖1所示。 圖1電力抄表系統結構框圖 由圖1可知，電量采集器實時采集居民樓脈沖電度表輸出的脈沖信號，經CAN接口傳至CAN總線上，再經CAN轉換器轉換和Modem實現上位機與下位機的通信，從而完成數據的采集、存儲、計量、顯示等功能，對整個小區每個用戶的情況實現實時監控。 系統工作原理 電度量的采集 根據轉盤式電度表的結構，它的脈沖與轉盤所轉的圈數成正比，脈沖數累計后再乘以系數即可得到相應的電度量。為提高脈沖計量的準確性，軟件設計時采用定時連續采樣的方法。一個有效的電脈沖寬度在50ms以上，設計采用的定時周期為16ms.對于正常脈沖，定時采樣連續測得脈沖為高電平的次數≥2，見圖2。若脈沖寬度太小，測得次數不夠2次，這時可以把這個脈沖去掉。 圖2脈沖采樣檢查示意圖 電量采集器 電量采集器的主要功能是對脈沖數據計數以及與上位機通信。它的核心器件是AT89C52微處理器與中斷控制器8259A.系統中，中斷源超過8級，故 8259A采用級聯方式。每個電量采集器下有5片8259A級聯，從而滿足32路電量信號的輸入。電量采集器的原理框圖如圖3所示。 圖3電量采集器原理框圖 系統中，8259A用來配合AT89C52控制外部中斷源。8259A為AT89C52分析、判斷、決定中斷請求信號的優先權。來自多個電表的中斷信號經輸入處理電路后被送到8259A.其中的一路為高電平時，8259A的IRR(中斷請求寄存器)相應位置位；接著，8259A對其IRR和IMR(中斷屏蔽寄存器)提供的情況進行分析處理，當某路中斷源未被IMR屏蔽，且該路中斷源的優先級別高于CPU正在處理事務的級別時，8259A的17引腳產生一個高電平，再經過專門的中斷申請與響應電路變為低電平 為保護采集到的數據，設計中采用了存儲器。存儲區可分為兩個區：一個工作區，存儲實時的電度量，隔一定時間刷新1次；一個備份區備份6個月的電度量，以防有用信息的丟失。 為方便用戶查詢，系統可在采集器中設計顯示電路LCM103，實現就地顯示。把它的引腳CS、WR、DA2TA和單片機的相關接口連接就可以實現其顯示功能。多個中斷源的數據在LCM103中采用輪流顯示方式。LCM03的10位可以分別定義為用戶戶別、表別與顯示數據。第10位為戶別，第8位為表別，其余位表示各表耗用能量的數字，第3位是小數點。第9位和第7位為空格，以便讀數清晰。 設計時，在LCM103的VDD與VLCD引腳之間加511kΩ的電阻，以使顯示亮度適中。 CAN接口轉換器 CAN轉換器由CAN控制器SJA1000和CAN驅動器PCA82C250組成。CAN轉換器負責接收上位機下達的命令并向上傳送本站點的電量，1組CAN總線上最多可掛110個站點，其框圖如圖4所示。 圖4CAN控制器接口功能框圖 CAN轉換器 為了實現單片機與上位機的通信，設計了TTL電平與RS-232之間轉換的接口，如圖5所示。AT89C52本身不含控制器，所以采用了CAN控制器SJA1000和CAN驅動器PCA82C250。 圖5RS232/CAN轉換器功能框圖 CAN總線通信波特率 計算出小區控制室上位機與電量采集器中單片機通信的波特率為40.5Kbit/s，取50Kbit/s，此時CAN總線的通信距離達1.5km，如果控制室建于負荷中心，此通信距離可以滿足要求。此時總線定時寄存器BTR0與BTR1分別為BTR0=47H=01000111B，BTR1=2FH= 0011111B.此外，為使系統內各站點工作時同步，上位機必須在整點時刻向各站點發布校時命令。 軟件設計 主要對采集器主程序的設計作簡要說明。它包括初始化與數據采集處理兩部分。初始化程序包括對8259A初始化。在數據采集部分，采集器主程序采取循環采集數據的方式，并對接受到的命令進行分類，然后轉相應的命令處理子程序。主程序流程圖如圖6所示。 系統抗干擾措施 (1)在系統設計中，選用了X5045芯片，該芯片中設有看門狗電路。看門狗電路對CPU進行實時監測，如果CPU落入死循環中，看門狗電路能及時發現并使整個系統復位。在軟件編程上，設置每隔1s訪問1次看門狗電路。若程序跑飛或超過了設置時間(本系統設為1.4s)沒有訪問看門狗芯片，X5045芯片將自動輸出復位脈沖，直到程序運行正常。 (2)數據采集器中設有濾波電路，對各種表產生的電脈沖信號進行濾波，防止信號在傳輸過程中可能受到的干擾。 (3)利用X5045芯片的電源監控功能設置電源監測電路及掉電保護電路，以防止掉電后數據丟失。 結束語 基于CAN總線的電力抄表系統采用了智能數據采集，通過CAN總線進行數據通信交換，系統響應速度快，抗干擾能力強；網絡的可靠性高，通信波特率高，數據傳輸量大；結構簡單，安裝、維護方便。系統可以方便地實現實時監測、高速數據采集、查表打印、系統監控等功能，具有較好的應用前景。 |
