CAN總線簡介

     CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可以在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息；CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)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(shù)；CAN只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)；CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率5kbit/s以下)，通信速率最高可達(dá)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(shù)據(jù)出錯率極低；CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纜，選擇靈活。

系統(tǒng)方案設(shè)計

    系統(tǒng)由以下部分組成：脈沖電度表、電量采集器、CAN轉(zhuǎn)換器、調(diào)制解調(diào)器、上位機(jī)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

   
    圖1　電力抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jīng)CAN接口傳至CAN總線上，再經(jīng)CAN轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換和Modem實現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信，從而完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、計量、顯示等功能，對整個小區(qū)每個用戶的情況實現(xiàn)實時監(jiān)控。

系統(tǒng)工作原理

電度量的采集
    根據(jù)轉(zhuǎn)盤式電度表的結(jié)構(gòu)，它的脈沖與轉(zhuǎn)盤所轉(zhuǎn)的圈數(shù)成正比，脈沖數(shù)累計后再乘以系數(shù)即可得到相應(yīng)的電度量。為提高脈沖計量的準(zhǔn)確性，軟件設(shè)計時采用定時連續(xù)采樣的方法。一個有效的電脈沖寬度在50ms以上，設(shè)計采用的定時周期為16ms.對于正常脈沖，定時采樣連續(xù)測得脈沖為高電平的次數(shù)≥2，見圖2。若脈沖寬度太小，測得次數(shù)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(shù)據(jù)計數(shù)以及與上位機(jī)通信。它的核心器件是AT89C52微處理器與中斷控制器8259A.系統(tǒng)中，中斷源超過8級，故8259A采用級聯(lián)方式。每個電量采集器下有5片8259A級聯(lián)，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(tǒng)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(yōu)先權(quán)。來自多個電表的中斷信號經(jīng)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(yīng)位置位；接著，8259A對其IRR和IMR(中斷屏蔽寄存器)提供的情況進(jìn)行分析處理，當(dāng)某路中斷源未被IMR屏蔽，且該路中斷源的優(yōu)先級別高于CPU正在處理事務(wù)的級別時，8259A的17    引腳產(chǎn)生一個高電平，再經(jīng)過專門的中斷申請與響應(yīng)電路變?yōu)榈碗娖?IMG height=24 src="/upload/2007_05/070525132769957.jpg" width=36 border=0>，就向AT89C52提出中斷請求，而其余的中斷信號排隊等待并保存。這樣脈沖信號就不會丟失，保證了系統(tǒng)采集信號的準(zhǔn)確度。之后，儀表技術(shù)與傳感器得到中斷申請的AT89C52會比較當(dāng)前運(yùn)行程序與中斷申請的優(yōu)先級別，經(jīng)中斷申請與響應(yīng)電路向8259A發(fā)回中斷響應(yīng)信號.這時，AT89C52轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

    為保護(hù)采集到的數(shù)據(jù)，設(shè)計中采用了存儲器。存儲區(qū)可分為兩個區(qū)：一個工作區(qū)，存儲實時的電度量，隔一定時間刷新1次；一個備份區(qū)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(tǒng)可在采集器中設(shè)計顯示電路LCM103，實現(xiàn)就地顯示。把它的引腳CS、WR、DA2TA和單片機(jī)的相關(guān)接口連接就可以實現(xiàn)其顯示功能。多個中斷源的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。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(shù)字，第3位是小數(shù)點。第9位和第7位為空格，以便讀數(shù)清晰。

    設(shè)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(zhuǎn)換器
     CAN轉(zhuǎn)換器由CAN控制器SJA1000和CAN驅(qū)動器PCA82C250組成。CAN轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)接收上位機(jī)下達(dá)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4　CAN控制器接口功能框圖

CAN轉(zhuǎn)換器
    為了實現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的通信，設(shè)計了TTL電平與RS-232之間轉(zhuǎn)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(qū)動器PCA82C250。

   
    圖5　RS232/CAN轉(zhuǎn)換器功能框圖

CAN總線通信波特率
    計算出小區(qū)控制室上位機(jī)與電量采集器中單片機(jī)通信的波特率為40.5Kbit/s，取50Kbit/s，此時CAN總線的通信距離達(dá)1.5km，如果控制室建于負(fù)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(tǒng)內(nèi)各站點工作時同步，上位機(jī)必須在整點時刻向各站點發(fā)布校時命令。

軟件設(shè)計

    主要對采集器主程序的設(shè)計作簡要說明。它包括初始化與數(shù)據(jù)采集處理兩部分。初始化程序包括對8259A初始化。在數(shù)據(jù)采集部分，采集器主程序采取循環(huán)采集數(shù)據(jù)的方式，并對接受到的命令進(jìn)行分類，然后轉(zhuǎn)相應(yīng)的命令處理子程序。主程序流程圖如圖6所示。

系統(tǒng)抗干擾措施

     (1)在系統(tǒng)設(shè)計中，選用了X5045芯片，該芯片中設(shè)有看門狗電路?？撮T狗電路對CPU進(jìn)行實時監(jiān)測，如果CPU落入死循環(huán)中，看門狗電路能及時發(fā)現(xiàn)并使整個系統(tǒng)復(fù)位。在軟件編程上，設(shè)置每隔1s訪問1次看門狗電路。若程序跑飛或超過了設(shè)置時間(本系統(tǒng)設(shè)為1.4s)沒有訪問看門狗芯片，X5045芯片將自動輸出復(fù)位脈沖，直到程序運(yùn)行正常。

     (2)數(shù)據(jù)采集器中設(shè)有濾波電路，對各種表產(chǎn)生的電脈沖信號進(jìn)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(jiān)控功能設(shè)置電源監(jiān)測電路及掉電保護(hù)電路，以防止掉電后數(shù)據(jù)丟失。

結(jié)束語

    基于CAN總線的電力抄表系統(tǒng)采用了智能數(shù)據(jù)采集，通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信交換，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)；網(wǎng)絡(luò)的可靠性高，通信波特率高，數(shù)據(jù)傳輸量大；結(jié)構(gòu)簡單，安裝、維護(hù)方便。系統(tǒng)可以方便地實現(xiàn)實時監(jiān)測、高速數(shù)據(jù)采集、查表打印、系統(tǒng)監(jiān)控等功能，具有較好的應(yīng)用前景。