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郵電通信線(xiàn)路的供電電源的穩定性和可靠性對整個(gè)郵電通信起著(zhù)關(guān)鍵作用。因此要求能對供電電源的運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，及時(shí)發(fā)現異常情況和事故隱患，在出現異常和故障時(shí)迅速進(jìn)行診斷并予以修復。 1 CAN總線(xiàn)與485總線(xiàn)的比較 1)485總線(xiàn)的特點(diǎn) 相對于RS一232，RS一485半雙工異步通信總線(xiàn)具有通信距離遠、通信速率高、成本低等特點(diǎn)，是一種被廣泛使用的數據通信總線(xiàn)。但485總線(xiàn)的波特率設置受到單片機的波特率設置的限制，在單片機使用24M晶振的情況下，也只可以設置到9600bps的波特率。485總線(xiàn)的容錯和應用層的協(xié)議，可以自己通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現，比較靈活，但是編程的工作就變得復雜。因此在對速度要求高、數據傳送量大的大型系統中，485總線(xiàn)在實(shí)時(shí)性和可靠性方面的性能就顯得比較脆弱。 2)CAN總線(xiàn)的特點(diǎn) CAN全稱(chēng)為Controller Area Network，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。CAN總線(xiàn)主要具有以下的特點(diǎn)： (1)CAN總線(xiàn)通信最高波特率可高達lMbps(采用雙絞線(xiàn)通訊距離40m)、最遠通訊距離為10km(可達5kbps)。 (2)CAN總線(xiàn)采用了短幀結構，每一幀為8個(gè)字節，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，每幀信息都有CRC校驗和其他檢錯措施，保證了數據的出錯率極低，從而提高了傳送數據的可靠性。 (3)和485總線(xiàn)一樣，采用平衡傳輸，抗干擾能力強。 (4)采用非破壞性總線(xiàn)仲裁，當有幾個(gè)節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息的時(shí)候，根據幀開(kāi)始部分的標識符，進(jìn)行逐位仲裁，優(yōu)先級別高的信息會(huì )不受影響地繼續發(fā)送，優(yōu)先級別低的信息就會(huì )停止發(fā)送，從而保證重要信息的及時(shí)傳送。 (5)借助CAN控制器里面的接收濾波器，CAN總線(xiàn)能實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)以及全局廣播等方式傳送，無(wú)需專(zhuān)門(mén)的調度。 由此可見(jiàn)，CAN總線(xiàn)具有傳送數據實(shí)時(shí)性和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，能應用于數據傳送量大、數據傳輸的速度要求高的系統中。 2 電源智能監控系統的構成 郵電通信線(xiàn)路的供電電源是±48V。監控系統對現場(chǎng)的溫度、總電源和各通支路電源的電壓和電流進(jìn)行采集。本監控系統由位于監控中心的上位機(PC機)和現場(chǎng)多個(gè)智能節點(diǎn)組成。每一個(gè)智能節點(diǎn)可以采集64路的數據(電壓、電流或溫度)、具有現場(chǎng)的界面顯示、鍵盤(pán)操作、報警和與上位機通信等功能。在正常的情況下，位于現場(chǎng)的各個(gè)智能節點(diǎn)每隔一段時(shí)間就要把當前64路的數據上傳給上位機。當線(xiàn)路的電源出現故障時(shí)，無(wú)論當前正在進(jìn)行什么操作，智能節點(diǎn)都會(huì )馬上發(fā)送故障信息給上位機，并且在現場(chǎng)發(fā)出報警信號。由于電源的電壓、電流和溫度是通過(guò)分流器來(lái)采樣取得的，而采用不同的分流器，則要進(jìn)行不同的數值變換。所以在上下位機中都需要有一套相同的配置表，當其中一方的配置表有改動(dòng)，就要通知另一方，進(jìn)行及時(shí)更新。監控中心的計算機由RS一232串口接到通信適配器上，實(shí)現計算機與智能節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )的傳輸。由于傳輸的數據量大，要求傳輸速度較快，并且對重要信息的傳送的可靠性和實(shí)時(shí)性要求高，因此為了提高系統的可靠性和實(shí)時(shí)性，該系統的通信接口采用了CAN總線(xiàn)技術(shù)。整個(gè)系統的結構圖如圖1所示。 3 智能節點(diǎn)的硬件設計 智能節點(diǎn)硬件框圖見(jiàn)圖2。由于智能節點(diǎn)在同一時(shí)間可能要進(jìn)行很多動(dòng)作，如數據的采集，與上位機的通信，界面的顯示等，為了保證數據的正確采集和可靠傳輸，本系統采用雙MCU結構，從MCU負責數據的采集、保存和報警功能。而主MCU負責數據的轉發(fā)，現場(chǎng)的界面顯示等功能。主、從MCU都采用AT89C55。其內部具有20K的EPROM，并且自帶看門(mén)狗電路，簡(jiǎn)化了電路連接，提高了系統的抗干擾性。它具有雙DPTR結構，從而使片外尋址的編程更加靈活和簡(jiǎn)化。 ADC8016是逐次比較式16路8位A／D轉換器。它包含有一個(gè)8位A／D轉換器和16路的單端模擬信號多路轉換開(kāi)關(guān)。在一個(gè)智能節點(diǎn)中需要4塊ADC8016對64路的數據進(jìn)行轉換。 由于電壓、電流和溫度信號是通過(guò)分流器變換成電壓量之后才進(jìn)行采集的。由于分流器變換出來(lái)的電壓量是毫伏級的，而ADC8016的輸入范圍是0～5V，所以由分流器變換出來(lái)的電壓量要通過(guò)信號放大電路之后才進(jìn)入AD轉換器。信號放大電路由兩級的運算放大器構成，從而提高了系統的精度。 為了提高系統的抗干擾能力，在數據采集芯片ADC0816和AT87C55之間加入光耦隔離。要注意的是，這里要采用快速光耦，因為如果采用光耦的開(kāi)關(guān)速度太慢，由ADC出來(lái)的數據是傳送不到采集MCU那邊的。因此我們采用了快速光耦6N137。而現場(chǎng)報警的功能是通過(guò)蜂鳴器來(lái)實(shí)現。 主、從MCU之間的數據、信息的傳遞是通過(guò)雙口RAM(CY7C007)來(lái)實(shí)現的。從MCU采集到的數據儲存到雙口RAM中，主MCU在適當時(shí)候從雙口RAM中取出數據，并對數據進(jìn)行發(fā)送。為了保證采集的數據不因下位機掉電或其他故障而丟失，主MCU在數據發(fā)送之前，先把數據存放在掉電非易失存儲器里。在CY7C007中地址最高的兩個(gè)字節7FFE、7FFF和兩邊的INTL、INTR引腳可作為左右兩邊的控制信號來(lái)用。當左邊向7FFE寫(xiě)數據時(shí)，右邊的INTR引腳會(huì )變低，當右邊向7FFE讀數據時(shí)，INTR引腳復位，而INTR引腳是低電平有效的。對7FFF做類(lèi)似的操作時(shí)，INTL引腳也會(huì )有同樣的功能。而本系統中，就是根據CY7C007這一特點(diǎn)，把CY7C007的INTR引腳連到主MCU的INT0引腳。當從MCU檢測到有故障時(shí)，就向雙口RAM的7FFE寫(xiě)數據，從而向主MCU發(fā)出報警信號，讓MCU馬上進(jìn)入中斷，進(jìn)行相應的處理。 液晶顯示屏和鍵盤(pán)實(shí)現下位機的人機交換功能。通過(guò)鍵盤(pán)操作可以修改配置表，主動(dòng)將更新的配置表上傳，向上位機索取最新的配置表等功能。并且與液晶顯示屏配合，進(jìn)行各種顯示界面的更換。 CAN控制器SJAl000是一個(gè)帶有CAN2．0控制協(xié)議的集成器件。只要對它內部的各種寄存器的值進(jìn)行初始化，便能實(shí)現不同的通信功能，這簡(jiǎn)化了軟件程序的編寫(xiě)，使開(kāi)發(fā)者能更集中于通信控制策略的研究。 收發(fā)器82C250作為SJAl000和CAN總線(xiàn)的接口，能提供差動(dòng)發(fā)送和差動(dòng)接收，滿(mǎn)足CAN2．0協(xié)議的要求，并提高了系統通信的抗干擾性能。通過(guò)對腳8(RS)的不同連接可以實(shí)現三種不同的工作方式：高速、斜率控制和待機。本系統中采用斜率控制，以降低射頻干擾。 4 監控中心的管理軟件 電源監控硬件系統的規劃設計要保證系統工作的可靠性、穩定性，它反映了系統的基本性能。而系統的管理軟件是面向用戶(hù)的，它應充分發(fā)揮協(xié)調硬件的技術(shù)能力，同時(shí)要盡可能易于操作，提供所需的信息，方便管理。監控室的管理軟件采用中文版Visual Basic語(yǔ)言編寫(xiě)。監控軟件的主體功能如圖3所示。它具有CAN通信進(jìn)程，配置表的設置，電壓電流值的換算，當前數據值顯示，故障信息顯示，故障前后數據曲線(xiàn)圖顯示，時(shí)鐘同步等功能。 通信進(jìn)程是完成數據進(jìn)出的核心功能。它要接收或發(fā)送配置表，使上下位機的配置表一致；接收故障信息；完成正常數據傳送的握手協(xié)議；發(fā)送對時(shí)幀，使各節點(diǎn)時(shí)鐘同步。 為了避免其他人隨便改動(dòng)配置表的信息，在進(jìn)入配置表設置之前必須進(jìn)行密碼認證。而配置表的設置用于分流器類(lèi)型的設定，定義標識地址上節點(diǎn)的數據鏈接指向，包括該節點(diǎn)監控的是哪一個(gè)位置的數據，該路采集的是總電源、支路電源還是溫度的數據。由于數據是通過(guò)分流器變換之后才進(jìn)行采集的，并且上傳來(lái)的數據是十六進(jìn)制的，所以在上位機要對接收到的數據進(jìn)行一定的換算。 通過(guò)觀(guān)察接收數據的變化，可以遠程監控現場(chǎng)的通信電源工作情況，及時(shí)發(fā)現出現故障的位置和類(lèi)型。當出現故障時(shí)，可以調用故障出現前后的數據，畫(huà)出曲線(xiàn)，通過(guò)觀(guān)察曲線(xiàn)，可以對故障進(jìn)行分析。 監控室的上位機每隔12個(gè)小時(shí)就會(huì )把當前的時(shí)間發(fā)送給智能節點(diǎn)，智能節點(diǎn)一旦發(fā)現本身的時(shí)鐘和上位機的時(shí)鐘的差值超過(guò)允許范圍，就對本身的時(shí)鐘進(jìn)行修改，保證數據采集的同時(shí)陛。 5 結束語(yǔ) 該多路電源智能監控系統已在某郵電通信公司中使用。經(jīng)過(guò)調試和運行，證明該多路電源智能監控系統采用CAN總線(xiàn)技術(shù)能夠達到很好的實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。 |
