自动化 基于ＣＡＮ总线的电能质量检测系统通信设计冰 杨国华 ，李建春 ，杨国智 （１．宁夏大学物理电气信息学院， 宁夏银川 ７５００２１；２．宁夏固原市建筑设计研究院， 宁夏固原 ７５６０００） 于电能质量的要求越来越高．电能质量参数的实时、准确监控分析也日趋重要。借助ＣＡＮ数据通信突ｆ＿｝ｊ的可 性的技术特点，设计一套基于ＣＡＮ总线的电能质量检测通信系统，以满足电能质量参数监测的实时性以及大 需求。 关键词：ＣＡＮ总线； 通信；设计；电能质量参数 中图分类号：ＴＰ３３６ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００９—９４９２（２ｏｌｏ）０９－００２８—０２ １引言 电能质量参数的大范围检测有长时间、实时性、抗 ２ ＣＡＮ总线通信接口设计 系统选用内含ＣＡＮ总线２．０Ｂ控制器的Ｃ８０５１Ｆ０６０单 片机作为下位的采集核心。ＣＡＮ接口部分包括下列部分： ＣＡＮ控制器、ＣＩＰ一５ｌ内核、光电耦合器和收发器。为了 增强ＣＡＮ总线节点的抗干扰能力，Ｃ８０５ｌＦ０６０的ＣＡＮ ｒ）（ 和ＣＡＮＲＸ是通过光电耦合器６Ｎ１３７与ＰＣＡ８２Ｃ２５０相连 （而非直接与ＰＣＡ８２Ｃ２５０ＣＡＮ收发器的ＴＸＤ和ＲＸＤ相连）， 因此达到了总线上各网络节点的电气隔离的目的［４－５］，综 合考虑，ＣＡＮ总线接口电路如图ｌ所示。 干扰、低成本的要求ｒｔ－２］。结合电能质量测量的传送速率 等特殊需求，以ＣＡＮ总线进行采集系统通信是一个合理 的选择。ＣＡＮ属于总线式串行通信网络，由于采用了许 多新技术及独特的设计，与一般通信总线相比，它的数 据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，满足系统 设计需求。ＣＡＮ总线技术方案的特点是：易于与Ｉ／Ｏ单 元、保护单元集成；网络仲裁效率高，信息优先级别丰 富．可以确保紧急信息的实时性；抗干扰能力强；成本 低 。 ３ ＣＡＮ总线数据帧格式设计 ＣＡＮ总线数据帧南７个不同位域组成：帧起始、仲裁 图１ 宁夏大学自然基金资助项目（编号：ｎｄｚｒ０９—４） 收稿１３期：２０１０—０３—２３ ＣＡＮ总线接口电路网 耻自 场、控制场、数据场、ＣＲＣ场、应答场和帧结尾，如表１ 主机和中继器标示符作为每一检测单元的唯一标识符。 所示。帧起始（ＳＯＦ）标志数据和远程帧的起始，仅由一 个显性位组成．只在总线空闲时才允许站点开始发送信 号．所有的站必须同步于首先开始发送报文的站的帧起始 前沿：仲裁场的标准格式帧与扩展格式帧有所不同，扩展 格式帧里，仲裁场包括２９位标示符、ＳＲＰ位、ＩＤＥ位和 ＲＴＲ位．参数配置过程中．着重考虑的是２９位标识符的 分配．因为标识符是惟一标识该网络设备的类型和在网络 中位置的识别码。标识符可按表２进行分配。 表１ 数据帧格式 ４ ＣＡＮ总线数据传送设计 报文传输是ＣＡＮ总线的核心，通信主要包括ＣＡＮ初 始化子程序，发送数据子程序和接收数据子程序。 初始化程序主要是通过对ＣＡＮ控制器控制段中的寄 存器写入控制字，从而确定ＣＡＮ控制器的工作方式等， 二 二 ！ ！＝ ！二 ＝ ＝ 优先级 朋作命令字节 数据类别 上位机 待扩展ｃＡＮ中继器 检测单元 ＩＤ．２８ ＩＤ．２６共３位标识符，分别分配给优先级，优先 级的设置是为了解决总线使用冲突，系统设计比较八个优 先级，优先级由０００～ｌ１ｌ依次降低；ＩＤ．２５～ＩＤ．１８：一个字 节分配为命令字节，为上位机对下位的配置命令设置。几 个基本的指令如表３所示。 表３ 基本指令表 图２ ＣＡＮ发送数据帧流程图 ＩＤ．１７ ＩＤ．１４共４位标识符分配给数据类别，表示下位 检测采集单元的传送信号类别，具体情况如表４所示。 表４ 数据类别标识 ＩＤ．１３～ＩＤ．１１共３位标识符分配给上位机，最多在 ＣＡＮ总线上匹配８个上位机系统。上位机在本系统设计中 为１台．统一标识为０００，以后可以根据具体项目设计需 求进行修改。 ＩＤ．１０～ＩＤ．８分配给ＣＡＮ总线中继器，留着系统扩展实 用和通信使用。系统初步设计不使用中继器的情况下，统 一＿ 设置为０００：ＩＤ．７～ＩＤ．０分配给检测单元地址。配合上位 图３ ＣＡＮ接收程序流程图 （下转第７２页） 与开发 ＥＸＥＣＵ Ｉ’Ｅ ＰＡＲＴ ＴＸＧＵＮＺＨＵ Ｎ ＤＩＡ＝ＩＮ ＤＩＡ ＷＤＩＡ＝ＯＵＴ ＤＩＡ ＿．ＷＩＤＥ Ｂ＝ＷＩＤＥＢ ＥＮＤ ＥＸＥＣＵＴＥ ＥＸＥＣＵＴＥ ＰＡＲＴ ＴＸＢＡ０ＣＨＵＩＡ Ｎ ＤＩＡ＝ＩＮ ＤＩＡ Ｗ ＤＩＡ：ＯＵＴ ＤＩＡ ＷＩＤＥＢ＝ＷＩＤＥＢ ——ＥＮＤ ＥＸＥＣＵＴＥ 图１１ 调心球轴承实体 图ｌ２ 调心球轴承实体 ＥＸＥＣｕｒｒＥ ＰＡＲＴ ＴＸＷＡＩＱＵＡＮ ＮＤＩＡ＝ＩＮＤＩＡ ——序设计完成后，以后读取零件或组件时，其各种变化情况 可通过参数的修改实现，快捷方便，以便实现产品的系列 化和标准化，节省设计时间，同时为大型的减速器模型的 Ｗ ＤＩＡ＝ＯＵＴ ＤＩＡ ＷＩＤＥ Ｂ＝ＷＩＤＥ Ｂ ＥＮＤ ＥＸＥＣＵＴＥ 参数化打下了基础。 参考文献： ３参数化结果实现 调心球轴承装配体参数化完成后，在装配体界面中， ［１］刘杰．Ｐｒｏ／Ｅ参数化设计高级应用教程［Ｍ］．北京：化学工 业出版社．２００８． 点击再生按钮，运行程序，输入不同型号的轴承的参数， 如内径４０ｍｍ，外径５２ｍｍ，宽度７ｍｍ，结果如图１１所 示，再次点击再生按钮，运行程序，输人另外一种型号的 轴承的一组参数，如内径２５ｍｍ，外径４７ｍｍ，宽度 ［２］杨霞，冯进，王红旗，等．深沟球轴承的参数化设计［Ｊ］． 现代机械，２００８，４２（２）：４２—４３． ［３］谭雪松，等．Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ２００１基础教程［Ｍ］．北京：人民 邮电出版社．２００３． １２ｒａｍ，结果如图１２所示。 ［４］濮良贵．纪名刚．机械设计（第７版） ［Ｍ］．北京：高等教 育出版社。２００１． ４结语 基于Ｐｒ０／Ｅ调心球轴承参数化设计。对于每个零件模 型、装配件都使用程序文件，记录其建立步骤与形成条 件．其中包括所有特征的建立过程、变量设计、尺寸及关 系式等内容，通过程序就能控制模型。用户可以借助简单 ［５］白晶，翟峰，陶春生．Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ零件设计高级篇［Ｍ］． 北京：清华大学出版社．２００５． 第一作者简介：熊超，男，１９８６年生，湖北应城人，硕士研究 生。研究领域：机械设计及减速器优化。 的程序语言控制特征的出现、零组件尺寸的大小等，当程 （上接第２９页） （编辑：向 飞） 系统中必须初始化的寄存器有通用控制寄存器ＣＡＮＯＣＮ、 信格式和指令，完成了通信与下位采集单元的通信流程和 硬件接口设计．为电能质量参数检测系统的通信实现提供 了保证。 参考文献： 通用状态寄存器ＣＡＮＯＳＴＡ、通用中断寄存器、通用中断使 能寄存器等。 ＣＡＮ控制器自动将电能检测信息从ＣＡＮ控制器发送 到ＣＡＮ总线．编制的发送程序只需把被发送的信息帧送 ［１］Ａｌｅｘ ＭｅＥａｅｈｅｍ．Ｒｏｌｅｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ Ｐｏｗｅｒ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ：Ｐａｓｔ，Ｐｒｅｓｅｎｔ Ａｎｄ Ｆｕｔｕｒｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｓｕｍ — ｍｅｔ Ｍｅｅｔｉｎｇ，２００１，９（１）：１１０３—１１０５． 到ＣＡＮ的发送缓冲区，并启动发送命令即可．笔者所设 计系统的发送数据帧程序流程如图２所示＿３］。 接收数据子程序负责检测系统的节点报文的接收以及 ［２］冯红岩．电能质量监测装置的研制［Ｄ］．保定：华北电力大 学．２００５． 其他情况的处理，ＣＡＮ控制器也自动将质量检测信息从 ＣＡＮ总线发送到ＣＡＮ接收缓冲区：接收程序只需从接收 缓冲区读取要接收的信息即可，接收程序也可采用查询方 式或中断方式，虽然两者繁易程度相当。但由于中断接收 ［３］肖渡．基于ＣＡＮ总线的消防网络研究［Ｄ］．广州：广东工 业大学．２００７． ［４］肖亮亮，李晓明，胡一枫．基于ＣＡＮ总线的多轴同步运动控 制系统［Ｊ］．机电工程，２００９（１１）：９－１２，５７． ［５］于世涛，龚元明，杨林，等．实时多任务系统下的ＣＡＮ通信 模块的设计［Ｊ］．汽车工程，２００６，２８（３）：２９６－２９９． 方式的实时性更强。所以被笔者在程序设计中采用。接收 程序流程如图３所示［３１。 ５小结 根据电能质量参数检测系统的通信需求特点．选择性 能高、成本低的ＣＡＮ总线组建通信网络。考虑检测系统 第一作者简介：杨国华，男，１９７２年生，宁夏人，硕士，副教 授。研究领域：电力检测与电力市场。 的分级结构和扩展余量，详细设计了ＣＡＮ总线的数据通 （编辑：昊智恒） ｒ【＿ ————————］——————Ｔ———————］ 』 ｆ ． ｊ
