CAN適配卡發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測儀中的設計方案

CAN(Controller Area Network)控制局域網(wǎng)絡是一種串行通信網(wǎng)絡。它采用了許多新技術和獨特的設計，因而使其在可靠性、實時性和靈活性方面具有突出的優(yōu)點。這些卓越的性能使CAN總線得以在全球范圍內(nèi)一直保持高速發(fā)展?？紤]到CAN總線的成長性及許多單片機中集成有CAN總線控制器，且CAN總線專用控制器IC術易從市場上得到，因此，在筆者設計的發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測儀中采用CAN總線技術。

1 CAN總線系統(tǒng)的組成模式

基于現(xiàn)場總線的發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測儀由智能數(shù)據(jù)采集模塊、工控機(IPC)、CAN總線三部分組成。其系統(tǒng)結構如圖1所示。每個模塊通過CAN總線與一臺工控機系統(tǒng)。工控機的主要功能是對智能數(shù)據(jù)采集模塊的參數(shù)進行設置，并通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡實時獲取智能數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)，如發(fā)電機事件記錄、故障錄波;監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時顯示、趨勢分析、異常報警和完成報表輸出等功能。CAN總線部分主要是CAN總線適配卡、通訊介質(zhì)以及相應的通訊軟件構成。

                                                   圖1  系統(tǒng)結構圖

2 CAN智能適配卡的硬件結構

CAN總線的卓越性能為發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)通訊提供了保障，但很多工業(yè)PC機并不帶有CAN總線接口，為了在IPC上擴展CAN總線的監(jiān)控和管理功能，筆者設計了一塊適配卡插隊IPC的擴展插槽內(nèi)，以完成CAN接口與IPC的擴展功能。

CAN總線PC適配卡的硬件電路如圖2所示，它主要包括89C52單片機(內(nèi)含8K E2PROM、256字節(jié)RAM)、地址譯碼與中斷信號控制邏輯電路EPM7128S、共享存儲器雙口RAM(IDT7132)、CAN控制器 SJA1000芯片和光電隔離電路(6N137)以及CAN驅動器82C520等部分組成。

要實現(xiàn)PC機和CAN控制器之間的數(shù)據(jù)傳送，必須在PC機和適與卡上的MPC之間建立起雙向的數(shù)據(jù)交換通道。通過ISA總線實現(xiàn)單片機系統(tǒng)與主機之間交換數(shù)據(jù)有以下兩種實現(xiàn)方法：一是靜態(tài)數(shù)據(jù)傳送，這種方法采用并行接口器件(如8255)或鎖存器(如74LS373)等構成一字節(jié)深度的 FIFO。該方法較為簡單，但一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小，因而只適應數(shù)據(jù)量小、速度要求不高的場合;二是共用單片機系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)存儲器。此時可直接采用集成雙端口RAM或在通用RAM加上一些控制邏輯組成雙口RAM電路。集成雙口RAM是一種性能優(yōu)良的快速快通器件，適用于多CPU分布式系統(tǒng)及高速數(shù)字系統(tǒng)中。它提供了兩路完全獨立的端口，每個端口都有完整的地址、數(shù)據(jù)和控制線。對器件的使用者而言，它與一般RAM并無大的區(qū)別，只有在兩邊同時讀寫同一地址單元時，才發(fā)生爭用現(xiàn)象。利用雙口RAM提供指示信號，采用適當?shù)耐ㄐ乓?guī)則就可避免爭用，以實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)的交換。集成雙口RAM不僅易于實現(xiàn)，而且價格也不高。CAN信號傳輸采用短幀結構(8個字節(jié))，適配卡對雙口RAM的容量要求并不大，故可選用IDT7130、IDT7132、IDT71231等。本文選用2k×8位的帶忙信號BUSY的IDT7132。CAN通信控制器選用Philips公司生產(chǎn)的能支持CAN2.0B協(xié)議并與82C200完全兼容的 SJA1000，如把它視為存儲器映射的寄存器，則易于與89C52接口。為增強CAN總線的差動發(fā)送和接收能力，本設計采用了CAN總線收發(fā)接口電路 82C250。在SJA1000與從機的82C250之間接入光電耦合器可增強系統(tǒng)的抗干擾能力。光耦可采用高速光耦6N137。光耦兩側應用采用DC- DC隔離電源，可選用力源公司生產(chǎn)的PS250DC5D5S。