CAN总线在地面变电所模拟盘中的应用

1 问题的提出
以前对井下电力负荷的监控，只能靠模拟电表来指示。现在可以采用计算机控制与管理，用模拟盘显示井下负荷的动态工作情况。可以借助CAN一232B智能型转换网桥和模拟盘控制器来实现这些。
CAN一232B智能型转换网桥，用于PC或其他带RS 232端口的设备与CAN设备之间的通讯CAN(Con―troller Area Network)是一种串行总线系统。CAN拥有高传输速度(高达1 Mb／s)和高可靠性，能以高性能和高品质的方式实现高度可靠的监控系统。为了能在通常的RS 232设备上使用CAN网络，CAN一232B设计成将RS 232的串行帧重新打包为CAN扩展帧，并通过CAN收发器发送到CAN总线上；反之，如果CAN一232B的收发器收到CAN总线上的数据帧，而且通过了验收码校验，它就会把CAN帧拆包，并将其中的数据发到RS 232口上，因此它可以在CAN与RS 232之间精确地转换信息。
CAN一232B有2种工作模式：设置模式和工作模式。在设置模式下，用户可对它的参数进行设置。而在工作模式中，它完成上述的协议转换。CAN一232B特别适合小流量的CAN―bus数据传输应用，最高可达300帧／s的数据传输速率。
CAN一232B采用表面安装工艺，板上自带光电隔离模块，在控制电路和CAN电路之间实现完全电气隔离。CAN一232B也采用防雷设计，每线提供600 W的抗雷击承受力，加上独立的DC／DC电源，这样的三保险设计使CAN一232B具有很强的抗干扰能力，大大提高系统在恶劣环境中使用的可靠性。

2 模拟盘控制器的功能
电力监控模拟盘设于地面变电所，主要用于低电压等级供配电系统的计算机监测与控制。在供电系统的每条配电回路中安装1台监控器，通过CAN总线通信网络与现场控制站及中央控制站共同形成一个供配电计算机监控与管理系统。

模拟盘控制器是电力监控系统的显示部分，在现场中的监控器采集到回路的模拟量、开关量，并将这些数据根据CAN总线通讯协议转化成可传送的数据帧格式发送到CAN总线上。模拟盘控制器一直“挂”在CAN总线上，当CAN总线上有数据时，模拟盘控制器利用接受中断程序接收这些数据帧，并根据CAN总线的通信协议将数据帧还原成相应数据发送到自身所携带的指示灯或数字表上进行显示。当调度端主机发出遥控合闸或遥控选线命令，模拟盘控制器根据CAN总线协议将命令转化成可传送的数据帧格式，利用发送中断程序传送到CAN总线上，现场相应的开关接受到命令后进行相应的动作。

3 模拟盘控制器的硬件设计
3．1 硬件电路设计
模拟盘控制器的硬件电路主要由：P8XC592单片机、1232看门狗、RAM数据存储器6264、ROM程序存储器27C256、CAN控制器接口PC：82C250，RS 485通讯、光电耦合器6N137、光隔等构成。
P8XC592单片机为整个硬件电路的核心，由Philips公司开发生产的，适用于自动和通用工业应用的8位高性能微控制器。它在80C5l标准特性基础上增加了一些重要的硬件功能，如与内部RAM进行DMA数据传送的CAN控制器；具有总线故障管理功能的l Mb／s CAN控制器；与标准80C51兼容的全双工UART等。
P8xC592共有68个管脚，其中P0～P3与80C51相同，并行I／0口P4的功能与P1，P2和P3相同。P5口主要用作A／D变换器的模拟量输入端。P0～P3还可完成下列功能：PO为扩展P8XC592标准存储器和外部设备提供用作分时复用的低8位地址和数据总线；P1可作为外部中断请求输入端、外部计数器输入端、外部计数器复位输入端和CAN接口的CTX0和CTXl输出端；P2当扩展P8XC592标准存储器和外部设备提供用作分时，提供高8位地址；P3引脚可分别进行配置以提供外部中断请求输入端、计数器输入端、串行口UART的接收输入端和发送输出端以及外部数据存储器的读和写控制信号。
本设计利用P0，P2口作为外部存储器的高、低位输出端，P1．O端为模拟盘控制器的外部巡检操作端，P1．1为闪光解除操作端口，P3．O，P3．1，P3．2为RS 485通讯操作端口，P3．3用于看门狗复位，P3．4，P3．5用于P0输出高低位的选通，P3．6，P3．7用于控制外部存储器的读写。在程序设计中采用外部存储单元，数据存储器6264，程序存储器27C256。采用74HCl73进行数据的高、低位的位选。
3．2 硬件电路的抗干扰设计
为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，P80C592芯片的CTX0和CRX 0并不直接与82C250的TXD和RXT相连，而设计为通过高速光耦6N 137后与82C250相连．这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电器隔离。光耦部分电路所采用的2个电源完全隔离，这样可以提高节点的稳定性和安全性，否则采用光耦就失去了意义。
82C250与CAN总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施。82C250的CANH和CANL引脚各自通过1个5Ω的电阻与CAN总线相连，电阻可起到一定的限流作用，保护82C250免受过流的冲击。CANH和CANL与地之间并联2个30 pF的小电容，起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。
另外芯片P80C592并不直接与输出电路相连。它们之间被光隔相隔离。当外界电路因干扰或者发生故障导致电路运行参数突变时，芯片会因光隔的存在而免受影响，从而保证芯片P80C592的安全运行。以上的各种措施使单片机P80C592完全与外界相隔离，在一个相对独立的环境中运行，保证了系统的稳定性和抗干扰能力。