用于电子负载监控系统的双CAN网络--控制网



用于电子负载监控系统的双CAN网络
企业：控制网 日期：2005-07-01
领域：PLC&PAC 点击数：1054

1 引言
    电子负载监控系统相当于整个功率模拟电子负载系统的综合管理平台，完成对整个电子负载系统的性能监视和运行控制，承担着系统各部分运行性能的监测、故障报警、状态控制等任务。单元控制器则是整个电子负载监控系统中联系电子负载模块和监控上位机的桥梁，是上下层CAN网络可靠通信的关键所在。本文主要介绍以TMS320LF2407为主控芯片的电子负载监控系统单元控制器的硬件电路设计、通信规则和软件实现。
2 基于CAN总线监控系统整体结构
    电子负载监控系统是一个基于CAN总线的两级结构的通讯网络，整个系统的结构如图1所示。
上层Top-CAN BUS 网络主要负责对电子负载模块的整体监控。监控上位机确定整个系统的控制策略，然后通过Top-CAN BUS 网络传达到各个单元控制器。在此，监控上位机并不直接与电子负载单元进行通信。因此，每个电子负载模块都是上层Top-CAN BUS 网的一个子节点。监控上位机通过CAN卡与上层Top-CAN BUS网络相连，作为上层Top-CAN BUS网的主节点。
    下层Bot-CAN BUS 网络主要负责收集各个电子负载单元的状态信息和传达上位机指令。单元控制器通过下层Bot－CAN BUS 网络与各个电子负载单元直接进行通信。将上位机发送的指令传达给各个电子负载单元，同时收集各个电子负载单元的状态信息，并对这些信息进行一定的处理，然后传送给上位机。因此，每个电子负载单元都是下层Bot-CAN BUS 网的一个子节点。


    在整个监控系统中，单元控制器同时作为上层Top-CAN BUS网的子节点和下层Bot-CAN BUS网的主节点，是连接两层CAN网络的枢纽。监控上位机通过单元控制器实现对各个电子负载单元的监控。
3单元控制器硬件电路设计
3.1 主控芯片选择：
    单元控制器的设计要兼顾速度特性和稳定性，因此在本设计中选用了TI公司的TMS320LF2407作为主控芯片。它是一款内置CAN模块的DSP芯片，它具有内在的操作灵活性，高速的运算能力等特点。TMS320LF2407的CAN模块完全支持CAN2.0A/B协议，可以工作在标准模式和扩展模式，内置6个邮箱完成数据收发，可编程位定时器设置，进行自测试，CAN模块内各部分的结构和功能基本上和流行的PHILIPS增强型CAN控制器SJAl000相同。而且，电子负载单元中采用的主控芯片也是TMS320LF2407,这样可以实现系统CAN网络接口的一致性和方便性。
3.2 CAN BUS接口电路设计：
    单元控制器作为上下层CAN网联系的桥梁，需要两个CAN BUS节点的接口。采用的TMS320LF2407主控芯片，具有一个内置的CAN控制器，只需要采用一片CAN收发器即可构成上层CAN的接口。由于TMS320LF2407的工作电压是3.3V，如果采用常用的PCA82C250系列收发器的话，就需要加电平转换电路，增加了电路设计的复杂性。因此，在本设计中采用了TI公司推出的3.3V系列CAN收发器SN65HVD230。SN65HVD230是该系列的第一个产品，其输出转换时间是可编程的，有助于设计人员减小电磁干扰从而提高系统设计的可靠性。其构成的上层Top-CAN BUS接口电路如图2所示。


    对于下层CAN BUS接口电路的设计，采用扩展一片CAN控制器SJA1000和收发器PCA82C250的方式来实现。[1]
    由于TMS320LF2407没有提供与SJA1000 CAN控制器的直接接口信号，本设计中采用INTEL方式，为使TMS320LF2407满足SJA1000的接口信号要求，做了以下几点设计。
    l 将TMS320LF2407的数据线D0-D7作为CAN的地址、数据复用线，采用TMS320LF2407的数据线选择CAN的内部端口和传送数据。
    l 采用地址线A0、写选通信号WR和端口选通信号STRB的逻辑组合产生TMS320LF2407的ALE地址有效信号。
    l 采用读信号和A0的逻辑组合产生SJA1000的读选通信号RD，用写信号和A0的逻辑组合产生SJA1000的写选通信号WR。
    l 采用TMS320LF2407的I/O空间选通信号IS和高位地址的译码信号的组合逻辑产生SJA1000的片选信号CS。
    采用这种设计方法是将TMS320LF2407的数据线改为适应CAN控制器的数据地址线。将TMS320LF2407的A0作为地址数据选择线，A0＝1时，地址有效；A0＝0时，数据有效。即用奇数地址选择端口，用偶数地址传送数据。同时，通过信号的逻辑组合，在地址有效期间不产生读写信号，而是产生满足CAN的地址有效信号ALE；在数据有效期间产生满足CAN的读写逻辑信号时序。[2]
TMS320LF2407与SJA1000的接口逻辑如表1所示：


表1


    其下层Bot-CAN BUS接口电路如图3所示：
    SJA1000与PCA82C250之间应加隔离光耦，实现总线上各CAN节点间的电气隔离。为突出主要接口电路，图3中省略。
    其中，采用一片GAL20V10B作为接口逻辑转换电路。其逻辑转换如下：
CS=!A15#!A14#IS;
ALE=A0&!STRB&!RW;
WR=A0#STRB#RW;
RD=A0#STRB#!RW;


4 CAN应用层通讯协议及其软件实现
4.1电子负载监控系统中，监控上位机与单元控制器之间所采用的部分CAN应用层协议如下：
    l 用一组相互独立的固定数字作为每个电子负载模块的标识符。
    l 单元控制器从上电开始，每隔一定时间向监控上位机发送常规通讯帧，监控上位机接收到数据后返回确认信号，即可判断各个电子负载模块的存在状态。
    l 单元控制器接收到监控上位机发布的指令，执行之后返回确认信号。
    l 监控上位机发送数据请求指令，单元控制器随即发送数据，每种类型的数据均采用固定格式。
4.2 上位机与电子负载单元控制器通讯软件流程图如图4所示。
5 结论
    本文所设计的双CAN网单元控制器应用在电子负载监控系统中，按照预先设定的CAN应用层通讯协议，取得了良好的监控效果。在信息量较大和现场环境复杂的情况下，能够确保通信的准确可靠性，具有良好的抗干扰性能。
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