CAN适配卡发电机状态监测仪中的设计方案

CAN(Controller Area Network)控制局域网络是一种串行通信网络。它采用了许多新技术和独特的设计，因而使其在可靠性、实时性和灵活性方面具有突出的优点。这些卓越的性能使CAN总线得以在全球范围内一直保持高速发展。考虑到CAN总线的成长性及许多单片机中集成有CAN总线控制器，且CAN总线专用控制器IC术易从市场上得到，因此，在笔者设计的发电机状态监测仪中采用CAN总线技术。

1 CAN总线系统的组成模式

基于现场总线的发电机状态监测仪由智能数据采集模块、工控机(IPC)、CAN总线三部分组成。其系统结构如图1所示。每个模块通过CAN总线与一台工控机系统。工控机的主要功能是对智能数据采集模块的参数进行设置，并通过现场总线网络实时获取智能数据采集模块的数据，如发电机事件记录、故障录波;监测数据的实时显示、趋势分析、异常报警和完成报表输出等功能。CAN总线部分主要是CAN总线适配卡、通讯介质以及相应的通讯软件构成。

                                                   图1  系统结构图

2 CAN智能适配卡的硬件结构

CAN总线的卓越性能为发电机状态监测系统的高速数据通讯提供了保障，但很多工业PC机并不带有CAN总线接口，为了在IPC上扩展CAN总线的监控和管理功能，笔者设计了一块适配卡插队IPC的扩展插槽内，以完成CAN接口与IPC的扩展功能。

CAN总线PC适配卡的硬件电路如图2所示，它主要包括89C52单片机(内含8K E2PROM、256字节RAM)、地址译码与中断信号控制逻辑电路EPM7128S、共享存储器双口RAM(IDT7132)、CAN控制器 SJA1000芯片和光电隔离电路(6N137)以及CAN驱动器82C520等部分组成。

要实现PC机和CAN控制器之间的数据传送，必须在PC机和适与卡上的MPC之间建立起双向的数据交换通道。通过ISA总线实现单片机系统与主机之间交换数据有以下两种实现方法：一是静态数据传送，这种方法采用并行接口器件(如8255)或锁存器(如74LS373)等构成一字节深度的 FIFO。该方法较为简单，但一次传输的数据量小，因而只适应数据量小、速度要求不高的场合;二是共用单片机系统外部数据存储器。此时可直接采用集成双端口RAM或在通用RAM加上一些控制逻辑组成双口RAM电路。集成双口RAM是一种性能优良的快速快通器件，适用于多CPU分布式系统及高速数字系统中。它提供了两路完全独立的端口，每个端口都有完整的地址、数据和控制线。对器件的使用者而言，它与一般RAM并无大的区别，只有在两边同时读写同一地址单元时，才发生争用现象。利用双口RAM提供指示信号，采用适当的通信规则就可避免争用，以实现快速数据的交换。集成双口RAM不仅易于实现，而且价格也不高。CAN信号传输采用短帧结构(8个字节)，适配卡对双口RAM的容量要求并不大，故可选用IDT7130、IDT7132、IDT71231等。本文选用2k×8位的带忙信号BUSY的IDT7132。CAN通信控制器选用Philips公司生产的能支持CAN2.0B协议并与82C200完全兼容的 SJA1000，如把它视为存储器映射的寄存器，则易于与89C52接口。为增强CAN总线的差动发送和接收能力，本设计采用了CAN总线收发接口电路 82C250。在SJA1000与从机的82C250之间接入光电耦合器可增强系统的抗干扰能力。光耦可采用高速光耦6N137。光耦两侧应用采用DC- DC隔离电源，可选用力源公司生产的PS250DC5D5S。