CAN總線及其在UPS網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

1、CAN總線及其在UPS網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)中的應用1引言隨著網(wǎng)絡的普及，網(wǎng)絡的可靠性越來越受到人們的關注，而影響網(wǎng)絡可靠性的關鍵是網(wǎng)絡系統(tǒng)中的電源系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定，要求能對其運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)異常情況和事故隱患，在出現(xiàn)異常和故障時迅速進行診斷并予以修復，最大限度地減少ups的停機時間即成必要。筆者針對不間斷電源系統(tǒng)，將can總線技術應用到系統(tǒng)的網(wǎng)絡監(jiān)控中，并充分利用can能夠以較低的成本、較高的實時處理能力在強電磁干撓環(huán)境下可靠地工作的優(yōu)點，開發(fā)1引言隨著網(wǎng)絡的普及，網(wǎng)絡的可靠性越來越受到人們的關注，而影響網(wǎng)絡可靠性的關鍵是網(wǎng)絡系統(tǒng)中的電源系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定，要求能對其運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，及時

2、發(fā)現(xiàn)異常情況和事故隱患，在出現(xiàn)異常和故障時迅速進行診斷并予以修復，最大限度地減少ups的停機時間即成必要。筆者針對不間斷電源系統(tǒng)，將can總線技術應用到系統(tǒng)的網(wǎng)絡監(jiān)控中，并充分利用can能夠以較低的成本、較高的實時處理能力在強電磁干撓環(huán)境下可靠地工作的優(yōu)點，開發(fā)出ups網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)。2can總線概況can全稱為controllerareanetwork即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。can最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)中，由德國bosch公司最先提出。最初被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ecu之間交換信息形成汽車電子控制網(wǎng)絡，發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制

3、器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中均嵌入can控制裝置。現(xiàn)在它已發(fā)展為一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網(wǎng)絡。2.1can總線特點can具有十分優(yōu)越的特點，使人們樂于選擇，這些特性包括:（1）多主方式工作網(wǎng)絡上任意節(jié)點可以在任何時刻主動的向任何其他節(jié)點發(fā)送消息,而不分主從;通信方式靈活，無需站地址等節(jié)點信息，可構成多機備份系統(tǒng);（2）采用非破壞性總線仲裁技術節(jié)點信息分成不同優(yōu)先級，滿足不同實時要求。當幾個節(jié)點同時向網(wǎng)絡發(fā)送消息時,運用逐位仲裁原則,利用幀中開始部分的標識符,優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止發(fā)送數(shù)據(jù),而優(yōu)先級高的節(jié)點則不受任何影響的發(fā)送信息;（3）借助接受濾波的多點傳送只需通過報文濾波可

4、實現(xiàn)點對點、一點對多點，以及全局廣播等方式傳送，無需專門調度;（4）高速率、遠距離、低出錯率can總線通信最高波特率可高達1mbps（采用雙絞線通訊距離40m）、最遠通訊距離為10km（可達5kbps），can協(xié)議采用crc校驗并提供相應的錯誤信息處理功能;（5）通信介質選擇靈活通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活;（6）半雙工方式工作總線以半雙工的方式工作，一個節(jié)點發(fā)送消息，多個節(jié)點接收消息;（7）抗干擾性能強它采用集散控制技術，既可以滿足控制的實時性和數(shù)據(jù)的實時采集及處理，又可以簡化系統(tǒng)接線、提高控制網(wǎng)絡的抗干擾能力。2.2can總線工作原理的通信介質為帶優(yōu)先級的cs-ma/ca

5、，網(wǎng)絡上任意節(jié)點可以在任何時刻主動的向任何其他節(jié)點發(fā)送消息,而不分主、從,即當發(fā)現(xiàn)總線空閑時,各節(jié)點都有權使用網(wǎng)絡。而當發(fā)生沖突時,采用非破壞性總線優(yōu)先仲裁技術,由于每個節(jié)點的總線接口必須接收總線上出現(xiàn)的所有信息,因此必然需要設置一個接收寄存器。先將信息接收,再根據(jù)接收的信息標識符決定是否需要讀取信息包中的數(shù)據(jù)。同時為了避免不必要的頻繁中斷，需要設置一個屏蔽寄存器來濾掉那些所在節(jié)點設備不感興趣的信息，獨立的can控制器sja1000裝配了一個多功能的驗收濾波器，該濾波器允許自動檢查id和數(shù)據(jù)字節(jié)，使用這些有效的濾波方法，對于某個節(jié)點來說，無效的信息可被防止存儲在接收緩沖器里，因此降低了主控制器

6、的處理負載。由驗收代碼和屏蔽寄存器根據(jù)數(shù)據(jù)表給定算法來控制，接收到的數(shù)據(jù)會和驗收代碼寄存器中的值進行逐位比較，接收屏蔽寄存器定義與比較相關的位的位置（“0”=相關，“1”=不相關），只有收到信息的相應的位與驗收代碼寄存器相應的位相同，這條信息才會被接收。can總線傳遞的信息以信息包的形式出現(xiàn)：（1）信息的消息標識符（11bit）;（2）遠地傳送請求（1bit）;（3）數(shù)據(jù)長度表（4bit）;（4）數(shù)據(jù)（0-8個bit）。標識符既用來表明信息的類型（數(shù)據(jù)幀，遠程幀）,也用來表明信息的優(yōu)先級;遠地傳送請求指需要數(shù)據(jù)的節(jié)點可以請求另一個節(jié)點發(fā)送一個相應的數(shù)據(jù)幀,該數(shù)據(jù)幀和對應的遠程幀以相同的標識符i

7、d命名。2.3接口電路圖1can總線系統(tǒng)單個節(jié)點硬電路圖圖1為can總線控制器與can通信網(wǎng)絡的接口電路。從圖1中可以看出，此部分電路主要由三部分所構成:獨立can總線控制器sja1000t、總線收發(fā)器82c250和高速光電耦合器6n137。各部分功能如下:（1）can控制器sja1000tsja1000t內部集成了can總線的協(xié)議，與用戶端控制器一起完成can的各項功能，起到中間協(xié)調作用;（2）總線收發(fā)器82c250sja1000與can物理總線之間的接口為82c250，它可提供對總線的差動發(fā)送能力和對can控制器的差動接收能力,具有較強的抗干擾能力。通過對腳8（rs）的不同連接可以實現(xiàn)三種

8、不同的工作方式:高速、斜率控制和待機，本系統(tǒng)中采用斜率控制，以降低射頻干擾;（3）高速光耦6n137為了增強can總線節(jié)點的抗干擾能力，sja1000的tx0和rxo并不是直接與82c250的txd和rxd相連，而是通過高速光耦6n137后與82c250相連,這樣就很好的實現(xiàn)了總線上各can節(jié)點間的電氣隔離,不過應該特別說明的一點是光耦部分電路所采用的兩個電源vcc和vdd必須完全隔離,否則采用光耦也就失去了意義,電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊或帶多5v隔離輸出的開關電源模塊實現(xiàn),這些部分雖然增加了節(jié)點的復雜但是卻提高了節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性;（4）82c250與can總線的接口部分采用

9、了一定的安全和抗干擾措施。82c250的canh和canl引腳各自通過一個5的電阻與can總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護82c250免受過流的沖擊;canh和canl與地之間并聯(lián)了2個100pf的電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力;在兩根can總線接入端與地之間分別反接了一個保護二極管，當can總線有較高的負電壓時，通過二極管的短路可起到一定的過壓保護作用。3系統(tǒng)簡介系統(tǒng)的結構圖如圖2所示。圖2并聯(lián)ups網(wǎng)絡系統(tǒng)結構圖圖2中本地pc監(jiān)控機及遠程網(wǎng)監(jiān)控機完成對該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時監(jiān)視及控制;顯示監(jiān)控模塊在系統(tǒng)的面板上，與ups1、ups2、ups3（僅列舉3個，實際

10、做到6個）通過can總線組成canbus網(wǎng)絡，顯示監(jiān)控模塊主要通過can總線完成對下面各ups相關數(shù)據(jù)的采集，并與系統(tǒng)機顯示模塊、本地pc監(jiān)控機、遠程網(wǎng)監(jiān)控機進行通信;ups1、ups2、ups3為本系統(tǒng)的可單獨運行供電的不間斷電源。canbus網(wǎng)絡通過can_h和can_l及外加在兩端的電阻rt（rt=124）組成，其上的節(jié)點can_h和can_l分別接在canbus網(wǎng)絡的can_h和can_l上，目前canbus網(wǎng)絡上最多可接110個節(jié)點。鑒于本系統(tǒng)的要求，ups1、ups2、ups3及顯示監(jiān)控模塊的控制芯片均采用ti公司生產的tms320f240dsp,can控制器采用philip公司生

11、產的sja1000t。3.1dsp與can總線控制器硬件接口dsp與can控制器sja1000t之間的接口電路如圖3所示。圖3dsp與can控制器sja1000t之間的接口電路sja1000t的存儲空間映射在微控制器dsp的i/o空間，對sja1000存儲空間的尋址必須用指令in和out。在intel方式下讀寫sja1000時,地址和數(shù)據(jù)是分時傳送的,地址在前，數(shù)據(jù)在后。根據(jù)dsp對外設端口的邏輯時序及sja1000t要求的讀寫邏輯時序，除了dsp的基本讀寫引腳we、w/r外，我們還選用a14、a15、is為控制腳，控制sja1000地址空間和數(shù)據(jù)空間的選通，當a15=1、a14=0時為地址空

12、間，選通ale和cs;當a15=1、a14=0時為數(shù)據(jù)空間，此時對于dsp來說，寫則選通sja1000t的wr和cs,讀則選通sja1000t的rd/w和cs,從而完成了dsp與sja1000t之間的數(shù)據(jù)傳遞。另外，由于接收數(shù)據(jù)采用中斷方式，故在dsp上選用外部中斷xint1作為中斷源，而sja1000t是低有效，故通過一個上拉電阻接vcc。4can通信網(wǎng)絡軟件設計單個can節(jié)點通信的功能主要是將本節(jié)點的數(shù)據(jù)信息傳送給can通信網(wǎng)絡其它節(jié)點，以及接收網(wǎng)絡上其它節(jié)點傳送來的信息。can總線單個節(jié)點的軟件設計主要包括三大部分:can節(jié)點初始化、信息的發(fā)送和信息的接收。設計時將can初始化、發(fā)送信息

13、（數(shù)據(jù)和遠程幀）設計為子程序，發(fā)送信息采用查詢方式，接收信息采用中斷方式。（1）初始化子程序sja1000的初始化只有在復位模式下才可以進行，初始化主要包括工作方式的設置、接收濾波方式的設置、接收屏蔽寄存器amr和接收代碼寄存器acr的設置、波特率參數(shù)設置和中斷允許寄存器ier的設置等。在完成sja1000的初始化設置以后，sja1000就可以回到工作狀態(tài)，進行正常的通信任務，其源程序如下:data_can.set0c000hdress_can.set8000hcan_start:ldp#4splk#0,temp;控制寄存器（mod）設置outtemp,dress_cansplk#1bh,te

14、mp;復位模式outtemp,data_can;sja1000進行初始化splk#0,tempouttemp,dress_canintemp,data_canbittemp,bit0bcndcan_reset,ntcsplk#4,canflag;設置驗收代碼寄存器outtemp,dress_cansplk#01h,canflagouttemp,data_cansplk#5,temp;設置驗收屏蔽寄存器outtemp,dress_cansplk#000h,tempouttemp,data_cansplk#31,temp;設置時鐘分頻寄存器（cdr）outtemp,dress_cansplk#48

15、h,temp;選擇basiccan模式，關;閉時鐘（clkout）outtemp,data_cansplk#6,temp;設置總線定時寄存器0outtemp,dress_cansplk#0c4h,temp;tscl=10tclk,tclk為xtal;的頻率周期（20mhz）outtemp,data_can;不同總線控制器的時鐘;振蕩器間的相對偏移為0splk#7,temp;設置總線定時寄存器1outtemp,dress_cansplk#0beh,temp;設置tsyncseg=tscl,;ttseg1=15tscl,ttseg2=4tsclouttemp,data_can;位周期為20tscl

16、,故在;20mhz晶振情況下，設置波特率為100kbpssplk#8,temp;設置輸出控制寄存器outtemp,dress_cansplk#1ah,temp;正常輸出模式outtemp,data_can;tx1懸空,tx0推挽式can_workldp#4splk#0,temp;設置模式寄存器（mod）outtemp,dress_cansplk#1ah,temp;設置雙濾波接收方式，并;返回工作狀態(tài)outtemp,data_cansplk#0,tempouttemp,dress_canintemp,data_canbittemp,bit0bcndcan_work,tcret（2）發(fā)送子程序負責

17、單節(jié)點信息的發(fā)送，發(fā)送時只需將待發(fā)送的信息按特定格式組合成一幀，送入sja1000發(fā)送緩存區(qū)中，然后啟動sja1000發(fā)送即可，當然在往sja1000發(fā)送緩存區(qū)送信息之前必須先作一些查詢判斷，直到空閑時才能發(fā)送，發(fā)送子程序分發(fā)送遠程幀子程序和數(shù)據(jù)幀子程序兩種，遠程幀無數(shù)據(jù)場;（3）接收子程序負責單節(jié)點信息的接收以及其它情況處理。當can控制器接收到信息后向微控制器發(fā)出中斷響應信號，微控制器在中斷程序中將接收到的信息讀入，再根據(jù)信息來控制節(jié)點的動作。接收子程序比發(fā)送子程序要復雜一些，因為在處理接收信息可能是諸如總線脫離、錯誤報警、接收溢出等中斷，要對其進行處理。5結束語目前，該網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)已經在廣東某集團公司18kva6