基于CAN總線的智能饋線終端的研究
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開關(guān)量輸入輸出控制部分
F040共有P0~P7共8組64個端口，且每個端口都是可位尋址的。有了這樣充足的端口，我們可以很方便地連接相應(yīng)的開關(guān)量而不需外擴(kuò)端口。端口并不直接與相關(guān)的開關(guān)直接相連，而是通過相應(yīng)的光耦，這樣做的目的是為了防止電網(wǎng)串入的瞬時干擾。F040定時對開入開關(guān)進(jìn)行檢測，并將相應(yīng)的值經(jīng)由CAN總線傳入配電子站，即可實(shí)現(xiàn)遙信功能。接收配電子站發(fā)出的開出開關(guān)的控制信號控制相應(yīng)開關(guān)的開合，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的遙控功能。
測頻部分
利用F040內(nèi)部的硬件資源我們可以很方便地對交流工頻信號進(jìn)行測量。具體實(shí)現(xiàn)方法為取一路交流電信號，經(jīng)過相應(yīng)的限幅處理后，送入F040片內(nèi)的電壓比較器后，得到方波信號。F040片內(nèi)的電壓比較器可以調(diào)整回差電壓，通過對回差電壓的調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)遲滯電壓的比較功能，用于消除輸入信號在過零點(diǎn)可能出現(xiàn)的抖動現(xiàn)象。電壓比較器輸出的方波信號連接到F040的片內(nèi)PCA（可編程計數(shù)器陣列）的一個捕獲/比較單元，捕獲/比較單元工作在上跳沿捕獲方式，每次檢測到上跳沿將引起一個中斷，同時產(chǎn)生一次捕獲，將此時PCA計數(shù)器的值送入該捕獲/比較單元的捕獲寄存器中。我們在中斷服務(wù)子程序計算兩次捕獲的PCA0計數(shù)值之差即對應(yīng)交流工頻的周期。PCA計數(shù)器選擇與定時采樣計數(shù)器相同的時基，所以只需將此計數(shù)值除以采樣次數(shù)就可作為定時采樣計數(shù)器的重裝值用于下一次交流采樣。
CAN總線通訊部分
F040中內(nèi)置CAN總線協(xié)議控制器，只要外接總線驅(qū)動芯片和適當(dāng)?shù)目垢蓴_電路就可以很方便地建立一個CAN總線智能測控節(jié)點(diǎn)。本設(shè)計中采用PHILIP公司的TJA1050T CAN總線驅(qū)動器。CAN總線通信硬件原理圖如圖3所示。
圖中F040 的CAN信號接收引腳RX和發(fā)送引腳TX并不直接連接到TJA1050T的RXD和TXD端，而是經(jīng)由高速光耦6N137進(jìn)行連接，這樣做的目的是為了實(shí)現(xiàn)CAN總線各節(jié)點(diǎn)的電氣隔離。為了實(shí)現(xiàn)真正意義上完全的電氣隔離，光耦部分的VA和VB必須通過DC-DC模塊或者是帶有多個隔離輸出的開關(guān)電源模塊進(jìn)行隔離。為防止過流沖擊，TJA1050T的CANH和CANL引腳各通過一個5Ω的電阻連接到總線上。并在CANH和CANL腳與地之間并聯(lián)2個30P的電容， 用于濾除總線上高頻干擾。而防雷擊管D1和D2可以起到發(fā)生瞬變干擾時的保護(hù)作用。[1]
TJA1050T的8腳連接到F040的一個端口用于模式選擇，TJA1050T有兩種工作模式用于選擇，高速模式和靜音模式。TJA1050T正常工作在高速模式，而在靜音模式下，TJA1050T的發(fā)送器被禁能，執(zhí)行只聽功能，可用于防止由于CAN控制器失控而造成的網(wǎng)絡(luò)阻塞。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/188529.htm
3 智能饋線終端的軟件設(shè)計
鑒于該裝置功能復(fù)雜，軟件編制方法采用 C51和匯編混合編程，首先在系統(tǒng)中移植μC/OS-II，然后在此基礎(chǔ)上分別編制各個相關(guān)的任務(wù)，通過這樣可以大大提高整個系統(tǒng)的實(shí)時性，可靠性，降低程序設(shè)計的難度，提高程序的可維護(hù)性。軟件部分主要包括兩大部分：一是μC/OS-II實(shí)時內(nèi)核的移植，二是各相關(guān)任務(wù)的編制。
μC/OS-II在 C8051F單片機(jī)上的移植
μC/OS-II是一個完整的，可移植，固化、裁減的占先式實(shí)時多任務(wù)內(nèi)核。μC/OS-II大部分是用ANSI C 進(jìn)行編制的，只有少部分與CPU密切相關(guān)的部分是用匯編語言編寫的，至今UC/OS-II已在超過40種不同架構(gòu)的微處理器上運(yùn)行。[3]
μCOS-II在C8051F上的移植主要是三個與CPU架構(gòu)有關(guān)的文件進(jìn)行重寫，它們分別是匯編文件OS_CPU_A.ASM、C語言文件 OS_CPU_C.C和頭文件OS_CPU.H。
另外要注意的一個問題是函數(shù)的可重入性問題，由于單片機(jī)內(nèi)部堆棧空間有限，C51為函數(shù)調(diào)用提供的是一種壓縮棧，每個函數(shù)被給定一個空間用于存放局部變量。函數(shù)中的每個變量都放在這個空間的固定位置，當(dāng)遞歸調(diào)用這個函數(shù)時，會導(dǎo)致變量被覆蓋。為保證所有函數(shù)的可重入性，必須使用reentrant關(guān)鍵字指定所有相關(guān)的系統(tǒng)函數(shù)。
相關(guān)任務(wù)的編制
饋線終端主要包括以下幾個任務(wù)，它們分別是A/D定時采樣任務(wù)，該任務(wù)具有最高的優(yōu)先級，該任務(wù)主要完成數(shù)據(jù)的采集、采樣通道的切換等功能。CAN通信任務(wù)，該任務(wù)具有第二高的優(yōu)先級，該任務(wù)主要完成采樣數(shù)據(jù)及相關(guān)報警信號的上傳以及配電子站發(fā)過來的相應(yīng)命令報文的解析處理。電參數(shù)計算任務(wù)，該任務(wù)具有第三高優(yōu)先級，該任務(wù)主要完成電力參數(shù)的計算功能。LCD顯示子任務(wù)，該任務(wù)主要完成相關(guān)電力參數(shù)在LCD屏上的顯示，該任務(wù)具有最低的優(yōu)先級。
CAN總線通信報文的格式
CAN總線通信采用具有29位標(biāo)識符的擴(kuò)展幀，標(biāo)識符的內(nèi)容包括當(dāng)前信號的種類代碼，(包括報警信號，電參數(shù)信號，故障錄波信號，開關(guān)量參數(shù)信號以及控制信號等), 配電子站的地址，F(xiàn)TU的地址等。配電子站發(fā)送控制信號的格式為，使用數(shù)據(jù)域的第一個字節(jié)判斷控制信號的種類，控制信號的種類主要有開出開關(guān)量的控制信號，請求獲取開入開關(guān)量的控制信號，請求實(shí)時獲取電參數(shù)的控制信號，以及對時信號等，根據(jù)控制信號的種類確定其它幾個數(shù)據(jù)的意義，例如如果是對時信號，則后6個字節(jié)依次為當(dāng)前時間的年，月，日，時，分，秒。
4 結(jié)語
運(yùn)用CAN總線技術(shù)開發(fā)的智能饋線終端單元，可以極大提高配電自動化系統(tǒng)的可靠性，實(shí)時性，系統(tǒng)性價比高，安裝維護(hù)簡潔方便，具有較廣闊的應(yīng)用前景。
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