机车空调逆变电源控制系统及其实现

图4 滤波后逆变器输出波形

3 通讯系统控制方案

为了适应机车上复杂的电磁环境，满足逆变器控制系统通讯的要求，本系统中使用工业现场总线（CAN总线）进行控制信号、反馈信号的传输。

CAN总线特点：

◆ CAN采用多主方式工作模式，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从。

◆ CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。

◆ CAN节点只需通过对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。

◆ CAN的直接通信距离最远可达10km；通信速率最高可达1Mbps。

◆ CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。

◆ CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。

◆ CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。

3.1 通讯系统硬件电路设计

图5 通讯系统硬件电路框图

由图5可知，上位微机CAN总线节点硬件电路主要分为四个部分：单片机C8051F020、独立CAN通讯控制器SJA1000、CAN总线驱动器82C250和高速光耦6N137。单片机C8051F020负责SJA1000的初始化，通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。

为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接与82C250的TXD和RXD相连，而是通过高速光耦6N137后与82C250相连，这样就很好的实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。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引脚各自通过一个电阻与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与地之间并联了两个小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。

逆变器CAN总线节点硬件电路与上位微机CAN总线节点硬件电路结构基本相同，只有CAN通讯控制器选用MCP2515代替了SJA1000，逆变器控制芯片SPMC75F2413A通过SPI接口与该器件连接。使用标准的SPI读/写指令以及专门的SPI命令来读/写所有的寄存器。通过SPI接口设置寄存器中的相应位或使用发送使能引脚均可启动发送操作。通过读取相应的寄存器可以检查通讯状态和错误。器件上有一个多用途中断引脚及各接收缓冲器的专用中断引脚，用于指示有效报文是否被接收并载入接收缓冲器。器件还有三个引脚，用来启动将装载在三个发送缓冲器之一中的报文立即发送出去。