新闻中心

EEPW首页 > 嵌入式系统 > 设计应用 > 双CAN总线与以太网监控电路设计指南 —电路图天天读(93)

双CAN总线与以太网监控电路设计指南 —电路图天天读(93)

作者:时间:2017-10-28来源:网络收藏

  目前最常用的现场总线为以可靠性高、成本低、应用灵活等诸多优点,已广泛应用于智能通信网络中,但收发器驱动能力的限制不适合远距离数据传输及远程控制。而技术成熟、通信速度快、软硬件产品丰富和外围技术支持全面,可以利用网络进行远距离通信,但在工业控制中仍然存在部分问题尚未解决。结合自身的优缺点,本文研究了适用于船舶监控系统基于双CAN总线与的现场监控模块,该模块可安装于配电开关柜内,能够就近进行电流、电压及开关状态信息的采集,独立进行数据处理,实现测量、保护、控制等功能。能够通过冗余双CAN总线与其他智能节点进行通信,并且通过以太网上传重要数据给监控台,协助监控台完成监测和控制功能。作为配电网络与监控网络连接的纽带,具有很好的开发应用前景。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/369349.htm

  现场监控模块的硬件系统

  在现场监控模块中,大量的现场实时数据需要采集和处理,并及时、迅速地向集中监控台传输,即向集中监控台提供整个控制过程的具体数据,同时还要完成判断处理并通过输出模块发送各种控制命令,考虑到其功能复杂程度,采用了DSP+FPGA双控制器的硬件方案,其硬件结构原理参见图1。

  

  1) A/D芯片 该系统采用AD7865作为A/D芯片,该芯片为高速14位A/D转换器,同时采样4个输入通道,并具有4个采样、保持放大器。其优点在于能够真正实现多路信号的同步采样,并保持各通道信号的相位关系。具有片内时钟、读写允许逻辑、多种通道选择方式以及内部精确的2.5V参考电压,使得其与高速处理器的接口变得非常简单。本系统共配置了4片AD7865,能同步采样多达16路模拟量数据。

  2) 电磁隔离 所有开关量的输入输出均采用电磁隔离技术,可有效提高抗干扰能力,本系统选择了16片4路集成电磁隔离芯片ADUM1410,使得该模块能同时完成多达32输入,32路输出的数据采集。

  3) FPGA 该系统以EP1C6PQ240作为系统的辅控制芯片,该芯片有5980个逻辑单元,嵌入式存储块有一列M4K块,每个M4K块可以组成各种存储器,包括双端口、单端口RAM、ROM和FIFO等,I/O单元包含一个双向I/O缓冲器和三个寄存器,具有2个锁相环和8个独立系统时钟,芯片管脚数为240个, 可用管脚数为185个。FPGA主要完成数据输入输出控制及数据预处理功能。所有的开关量信号送入FPGA,所有的模拟量信号经A/D芯片转换为数字信号后也送入FPGA,FPGA需要向A/D芯片提供控制信号来控制A/D芯片的读写,所有的数据由FPGA预处理后供DSP读取。

  

  4) DSP 该系统以TMS320LF28335作为主控制芯片[4~5],该芯片为低功耗、高性能的32位芯片,其内部集成了多种功能模块,不但包括多种通信接口, 且同一种通信接口的数量不止一个,如SCI串口有3个,CAN口有2个,只需增加简单的外围器件即可实现扩展功能。DSP主要完成数据处理、逻辑控制及通讯功能。由于FPGA已将大量数据做了预处理,且本系统中DSP与FPGA的16位地址线和16位数据线均相连,采用并行数据传输,DSP只要通过简单的指令即可快速读取所需要的开关量和模拟量值,为状态监控及故障诊断功能提供基础。

  5) CAN通信 大多数嵌有CAN控制器的控制芯片只有一个CAN控制器,如果希望系统具有双CAN接口,则需要外接一个CAN控制芯片,增加了硬件成本,电路结构更复杂。

  而本系统使用的DSP芯片中嵌有两个CAN控制器,因此只要将两个CAN控制器分别外接CAN驱动器就可以实现与两条独立的CAN总线连接。图2以 CANA为例显示了TMS320LF28335的CAN通信接口电路,CANB的电路设计与此相同。CAN总线收发器82C250是驱动CAN控制器和物理总线间的接口,提供对总线的差动发送和接收功能。利用高速光耦6N137,实现收发信号的隔离和DSP与82C250之间的电平匹配。

  6) 以太网通信 本系统选用了W5100作为以太网接入芯片。W5100包含了TCP/IP、UDP等网络协议和DLC、MAC以太网协议。它提供多种总线,包括两种并行总线以及SPI串行总线等接口方式。内置16KB数据缓冲双口RAM,可快速进行数据交换。图3为以太网通信接口电路图。

  

  W5100供电电压为3.3V和1.8V,其中1.8V可由芯片内部线性稳压电源产生,外接滤波电路后供回芯片。L1、L2均为1μH的电感,C3、C4均为0.1μF的电容。根据 W5100的工作频率要求,需在XTLP和XTLN引脚间接25MHz晶振及接地电容C1和C2,均为22pF。W5100的内部模拟电路需要在 RSET_BG引脚与地之间外接精度为1%的电阻R4和R5,阻值分别为12k和300Ω。为了实现电气隔离,消除部分谐波(根据结构的不同可以消除不同次的谐波),有效降低零地电压,需要在W5100与外部接口之间接网络变压器。本系统网络变压器选11FB-05NL,网络变压器的RXPI与RXIN、 TXOP与TXON各需要2个51Ω(精度为1%)的电阻和1个0.1μF的电容与特定端相连。DSP通过片选信号DSP_CS选中W5100芯片,通过直接总线模式读(/WR)、写(/RD)信号和数据(DATA)、地址(ADDR)总线可以简单的将W5100看做一个外部存储器来实施控制。
电子发烧友网技术编辑点评分析:

  设计了现场监控模块可应用于船舶配电网络中的开关柜或重要设备,配电单元内所有电压、电流、开关状态量等利用现场监控模块就地采集及处理,节省了大量电缆,减轻了集中监控台的控制负担,双冗余CAN及以太网等通信接口,使其与集中监控台的通信变得便利而可靠,为整个监控系统采取灵活而简便的网络拓扑结构提供基础,具有广泛的应用前景。
大家如有问题,欢迎在评论处讨论。

——电子发烧友网整理,转载请注明出处!

  ----------------------------------------

  智能家电技术资料集锦——让家电设计迈入崭新时代!



评论

技术专区

关闭