摘 要：本文圍繞電力系統(tǒng)性能要求出發(fā)，基于現(xiàn)場(chǎng)總線CAN，在單片機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件控制程序，以達(dá)到通訊網(wǎng)絡(luò)控制的能力。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；CAN；單片機(jī)；通訊規(guī)約

中圖分類號(hào)：TM76

鑒于電力系統(tǒng)的連續(xù)性和供電可靠性的要求，在采用高品質(zhì)的電力設(shè)備的同時(shí)，必須重視通訊網(wǎng)工作的可靠性研究。通訊網(wǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)能使通訊負(fù)荷合理分配，保證不出現(xiàn)瓶頸現(xiàn)象和通訊負(fù)荷不過(guò)載，并采用分層分布式結(jié)構(gòu)，使其組合靈活、維修調(diào)試方便，具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性能。

電力設(shè)備的通訊網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)場(chǎng)總線CAN（Controller Area Network）。通信媒介為屏蔽雙絞線，占用控制方式主要為主從問(wèn)答，但允許事件、報(bào)警信息優(yōu)先發(fā)送，遵循ICE870-5-103通信規(guī)約。作為一種現(xiàn)場(chǎng)總線，CAN總線同時(shí)還是一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，其不僅保密性非常高，還能夠?qū)Ψ植际娇刂苹驅(qū)崟r(shí)控制起到有效支持。

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的電力設(shè)備采用RS—485或者BITBUS作為通信方式一，其具有非常明顯的缺陷：很難將多主結(jié)構(gòu)構(gòu)成，具有十分繁忙的主節(jié)點(diǎn)任務(wù)，一旦有故障出現(xiàn)在主節(jié)點(diǎn)，就可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓；數(shù)據(jù)傳輸效率低，靈活性極差，不適于實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合，特別是當(dāng)下端單元出現(xiàn)異常或遙信變位時(shí)，數(shù)據(jù)不能立即上傳；錯(cuò)誤處理能力不強(qiáng)。

與上述通信方式相比，CAN具有以下特點(diǎn)：（1）可以多種方式進(jìn)行工作，具有十分靈活的數(shù)據(jù)收發(fā)方式，能夠保證全局廣播、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)等多種傳輸方式的實(shí)現(xiàn)，因而可將多機(jī)備份系統(tǒng)很快的構(gòu)成；（2）可以采用不同的優(yōu)先級(jí)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)（信息）進(jìn)行劃分，硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)總線沖突仲裁，可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。即使具有很重的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，也不會(huì)因此而有網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況出現(xiàn)；（3）具有最高可達(dá)1MB/s（此時(shí)距離最長(zhǎng)40m）的通信速率；（4）直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5KB/s以下）；（5）節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)；（6）采用短幀結(jié)構(gòu)，且每幀信息都有CRC校驗(yàn)、NRZ編碼/解碼方式，并采用位填充技術(shù)以及其他各種檢錯(cuò)措施，因此其具有非常低的數(shù)據(jù)出錯(cuò)率；（7）在具有嚴(yán)重錯(cuò)誤的情況下，CAN節(jié)點(diǎn)能夠?qū)⒖偩€自動(dòng)關(guān)閉，并且將它與總線之間的聯(lián)系切斷，這樣就不會(huì)影響到總線上的其他操作；（8）采用雙絞線作為通信介質(zhì)，無(wú)特殊要求。

總之，CAN總線具有較好的操作性、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)以及很高的可靠性等優(yōu)點(diǎn)，這樣就將傳統(tǒng)的工業(yè)總線的缺陷克服了，因此其屬于一種有效的解決方案。

1 硬件實(shí)現(xiàn)

在具有上述特點(diǎn)，CAN總線同時(shí)還具有靈活方便的編程方式以及較低的成本，故CAN總線在電力系統(tǒng)中有著很大的實(shí)用價(jià)值。

其中單片機(jī)采用AT89S52，選用SJA1000CAN作為控制器的芯片，其中片選信號(hào)為CS，單片機(jī)的相應(yīng)管腳分別連接ALE、WR、RD，INTEL模式是MODE腳接高電平的特點(diǎn)，這樣就使復(fù)位的可靠性得到了保證，而其中的三態(tài)數(shù)據(jù)總路線就是AD0-AD7。選用PCA82C250作為CAN總線驅(qū)動(dòng)器，為了能夠使總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力得以有效增強(qiáng)，82C250的RXD、TXD與SJA1000與之間利用高速光耦6N137連接起來(lái)，這樣就使二者之間的電氣隔離得以實(shí)現(xiàn)了，同時(shí)還使節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性得到了保證。

2 軟件實(shí)現(xiàn)

只有在復(fù)位模式下才可以實(shí)施SAJ1000的初始化，其初始化的內(nèi)容主要包括中斷允許寄存器的設(shè)置、總線定時(shí)寄存器的設(shè)置、工作方式的設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置、接收濾波的設(shè)置、接收代碼寄存器ACR的設(shè)置、接收屏蔽寄存器設(shè)置等內(nèi)容，在將SJA1000的初始化工作完成以后，就能夠恢復(fù)為工作狀態(tài)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)正常的通信任務(wù)。

節(jié)點(diǎn)報(bào)文的發(fā)送是由數(shù)據(jù)的發(fā)送子程序負(fù)責(zé)的，在具體的發(fā)送過(guò)程中只需要按特定的格式將待發(fā)送的數(shù)據(jù)組合成一幀，在SJA1000發(fā)送緩沖區(qū)送入報(bào)文，接下來(lái)將SJA1000啟動(dòng)，就可以完成發(fā)送，采用查詢方式針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，其軟件操作需要對(duì)報(bào)警接收溢出以及總線脫離錯(cuò)誤等情況進(jìn)行充分的考慮

由于上位主機(jī)沒(méi)有CAN接口，必須為其配備轉(zhuǎn)換接口，目前常見(jiàn)的接口格式有利用PCI和ISA插槽設(shè)計(jì)的內(nèi)插式接口卡，這種CAN卡一般需要一個(gè)MCU、一片雙口RAM、一個(gè)CAN控制器和一個(gè)CAN總線收發(fā)器，MCU能從CAN總線中讀取數(shù)據(jù)，然后放在雙中RAM中，計(jì)算機(jī)通過(guò)上位機(jī)軟件讀取數(shù)據(jù)；也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)的外圍接口設(shè)計(jì)外接式的CAN卡，這種外圍接口包括串行通訊接口、并行通訊接口及USB接口?？紤]到串行通訊的使用較為簡(jiǎn)單且應(yīng)用廣泛、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，選用了以串口作為接口的方法

實(shí)際調(diào)試時(shí)，出于經(jīng)濟(jì)考慮，自制了CAN/RS232轉(zhuǎn)換器，其結(jié)構(gòu)為CAN-MCU-RS232，也就是利用單片機(jī)及SJA1000將CAN格式的數(shù)據(jù)接收到之后，把其轉(zhuǎn)換為RS232格式的數(shù)據(jù)通過(guò)串口與主機(jī)通信，其中MCU選用的是AT89C51，與SJA1000的接口及軟硬件部分均與人機(jī)板CAN電路相同，不再重復(fù)說(shuō)明。

3 通訊規(guī)約實(shí)現(xiàn)

采用MODBUS通訊協(xié)議CAN通信與自動(dòng)化系統(tǒng)的連接方式。應(yīng)用層協(xié)議為MODBUS（RTU方式），能夠通過(guò)對(duì)上述通信媒介的利用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)。采用直接內(nèi)存訪問(wèn)的模式作為MODBUS的運(yùn)行方式，其基本協(xié)議針對(duì)其中內(nèi)存訪問(wèn)的具體細(xì)節(jié)進(jìn)行了合理的定義，須提供內(nèi)存地址表就可以實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用程序或系統(tǒng)互連。

其功能報(bào)文樣例介紹如下：

連續(xù)讀n個(gè)字（功能碼03H）

下行：

通信地址（BYTE）：01H～F7H

功能碼（BYTE）：03H

起始地址（WORD）：0000H～FFFFH（先高字節(jié)后低字節(jié)）

讀的字?jǐn)?shù)（WORD）：0001H～007DH（先高字節(jié)后低字節(jié)）

校驗(yàn)碼（WORD）：以上所有字節(jié)的CRC16校驗(yàn)和（先低字節(jié)后高字節(jié)）

上行：

通信地址（BYTE）：01H～F7H

功能碼（BYTE）：03H

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（BYTE）：01H～FAH

數(shù)據(jù)內(nèi)容（WORD）：讀到的具體數(shù)據(jù)（先高字節(jié)后低字節(jié)）

數(shù)據(jù)內(nèi)容（WORD）：讀到的具體數(shù)據(jù)（先高字節(jié)后低字節(jié)）

......

數(shù)據(jù)內(nèi)容（WORD）：讀到的具體數(shù)據(jù)（先高字節(jié)后低字節(jié)）

校驗(yàn)碼（WORD）：以上所有字節(jié)的CRC16校驗(yàn)和（先低字節(jié)后高字節(jié)）

為了簡(jiǎn)化通訊規(guī)約的復(fù)雜度，本文只簡(jiǎn)述了應(yīng)用MODBUS規(guī)約的03H和10H兩個(gè)功能碼，其他詳細(xì)的情況可進(jìn)一步研究實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：王微（1982.10-），女，助理講師，研究方向：電工技術(shù)及其發(fā)展研究等。

作者單位：海南省技師學(xué)院，?？?570203