基于CAN總線可通信智能電流繼電器的設(shè)計
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2．2 存儲監(jiān)控部分
監(jiān)控設(shè)計包括監(jiān)控電路設(shè)計和軟件監(jiān)控程序設(shè)計2部分，硬件監(jiān)控電路功能主要包括數(shù)據(jù)保護(hù)、上電復(fù)位、掉電復(fù)位、“看門狗”定時器(選用具有SPI接口的Xicor公司的25043／5系列)和電源監(jiān)測等部分。
2．3 按鍵和顯示部分
可通信智能繼電器所應(yīng)用的繼電保護(hù)系統(tǒng)，對于各個保護(hù)的節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測都需通過上位控制PC機(jī)來實現(xiàn)，采樣成本低、接口簡單、功耗小的液晶顯示模塊?？刂破鞯娘@示部分采用青云公司的LCM061A六位八段模塊作為顯示輸出。使用者只要向LCM送入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)就可實現(xiàn)所需要的顯示，模塊與CPU連接簡單，使用起來靈活方便。至于按鍵，本系統(tǒng)只需4個按鍵即可實現(xiàn)參數(shù)修改和設(shè)定，因此可分別與主控制器的I／O口直接相連即可。
2．4 信號部分
電流繼電器整個繼電器節(jié)點(diǎn)工作情況是先用微控制器完成電流的比較、時間的控制，如果所監(jiān)測線路中的電流超出設(shè)定的電流值，則開始計時并繼續(xù)比較電流值。若到了設(shè)定的時間發(fā)現(xiàn)被采集的電流值仍然大于設(shè)定值，那么微控制器發(fā)出使繼電器動作的控制信號。由于單片機(jī)I／O口輸出電流為1．6 mA，不能達(dá)到繼電器動作電流，所以我們通過7407芯片將驅(qū)動電流放大至40 mA以驅(qū)動繼電器動作。
2．5 數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換
因為智能電流繼電器所需采集的電流為線路中的電流值，而針對電力系統(tǒng)輸、配電線路中通過的高電壓和大電流，必須選用電流互感器。測量儀表選用容量為5 VA，二次側(cè)額定電流為1 A的互感器，將互感器二次側(cè)電流通過采樣電阻轉(zhuǎn)換成對于一定比例關(guān)系的電壓值。
A／D轉(zhuǎn)換采用外接MAXIM公司12位精度高速A／D轉(zhuǎn)換芯片，是因為P87C591內(nèi)部芯片所帶的10位A／D為單極性轉(zhuǎn)換，不能滿足交變電流采樣雙極性的要求。利用MAX197，P87C591以及驅(qū)動與隔離電路構(gòu)成一個完整的實時測控系統(tǒng)。
采用查詢的方式通過P口讀?。疘NT引腳的電平是否為低，如果不為低就繼續(xù)查詢等待，如果為低電平則可讀取數(shù)據(jù)。A／D轉(zhuǎn)換程序放在T0中斷程序中進(jìn)行，每隔1 ms進(jìn)行一次模擬數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換的間隙MAX197處于低電流關(guān)斷狀態(tài)。
2．6 節(jié)點(diǎn)電源
智能節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中所需的+5 V直流電源，需將有效值為220 V、頻率為50 Hz的交流電經(jīng)降壓、整流和濾波，再經(jīng)過降壓和穩(wěn)壓電路后作為節(jié)點(diǎn)的電源。
2．7 通信部分
集成在P87C591中的CAN控制器SJA1000和CAN高速收發(fā)器PCA82C250以及高速光電耦合器6N137構(gòu)成通信的主要部分，其中SJA1000是實現(xiàn)
CAN總線通信的核心芯片，與收發(fā)器82C250配套使用，組成完整的CAN通信接口。SJA1000工作模式采用BasicCAN模式，滿足數(shù)據(jù)傳輸量不大的一般性工控場合，故被本系統(tǒng)采用。單片機(jī)對SJA1000進(jìn)行控制及收發(fā)數(shù)據(jù)均通過對SJA1000的內(nèi)部寄存器的讀寫訪問來實現(xiàn)的，操作如同訪問外部RAM。PCA82C250負(fù)責(zé)與CAN物理層的連接，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，P87C591的TXDC和RXDC(即SJA1000的TX和RX)通過高速光耦6N137后與PCA82C250相連，光耦部分電路所采用的兩個電源必須完全隔離，這樣才能達(dá)到隔離的作用。為了防止PCA82C 250受過流的沖擊，CANH和CANL引腳各自通過一個5 Ω的電阻與CAN總線相連。另外，在CANH和CANL與地之間并聯(lián)2個30pF的小電容，以濾除總線上的高頻干擾和防電磁輻射口。
3 上位控制PC機(jī)節(jié)點(diǎn)軟硬件設(shè)計
3．1 硬件接口
CAN-232采用ZLGCAN-232轉(zhuǎn)換卡，PC只需經(jīng)RS 232接口簡單連接即可實現(xiàn)CAN數(shù)據(jù)通信，進(jìn)行CAN信息幀的接收發(fā)送。CAN-232接口卡也可以直接應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中，可在不改變已有硬件結(jié)構(gòu)的情況下使嵌人式產(chǎn)品具有CAN通信接口。RS 232總線接口部分是轉(zhuǎn)換卡板和PC機(jī)之間交換數(shù)據(jù)的橋梁，PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換是通過MAX232實現(xiàn)的，其將232電平轉(zhuǎn)換成TTL電平。CAN通訊部分實現(xiàn)了CAN物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，板卡中由帶CAN控制器的處理器P87C591構(gòu)成。
3．2 軟件設(shè)計
可通信智能繼電器節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是能夠獨(dú)立完成線路電流的實時監(jiān)控和保護(hù)功能，并且能夠利用CAN總線接口與上位控制PC進(jìn)行雙向數(shù)字通信功能。其中數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換程序在T0中斷服務(wù)程序中進(jìn)行，通信收發(fā)在CAN中斷子程序中進(jìn)行。主程序采用循環(huán)查詢的方法檢測有無按鍵，然后定時處理一些如顯示數(shù)據(jù)更新、通信待發(fā)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和接收數(shù)據(jù)處理等。
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