基于CAN總線的電力集中抄表系統(tǒng)

0 引 言
隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，將眾多的計量點數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、處理已經(jīng)成為現(xiàn)實。自動抄表(the Automatic Meter Reading，AMR)技術(shù)應(yīng)運而生，逐漸成為抄表技術(shù)的主流。

l 電力集中抄表系統(tǒng)的構(gòu)成
電力集中抄表系統(tǒng)采用三層體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。第一層是主站服務(wù)器，其主要作用是負(fù)責(zé)存儲多功能電表的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制等功能。服務(wù)器安裝在客戶服務(wù)中心的抄表主站，通過GPRS／GSM來查收各個多功能電表的相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)。第二層是集中器，集中器通過GPRS／GSM與主站服務(wù)器相連，通過CAN總線與第三層的采集終端相連，完成與采集器和主站服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信工作，第三層是采集器。在采集器中嵌入了各種標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約，可實現(xiàn)對各種電表的采集。采集器可同時采集、存儲64塊電表的數(shù)據(jù)。它既要完成電表的電量數(shù)據(jù)采集工作，還要根據(jù)系統(tǒng)的要求完成與集中器之間的數(shù)據(jù)通信，將需要傳送的電量數(shù)據(jù)送到集中器中。通過GPRS／GSM無線通信，能夠及時、方便地進(jìn)行系統(tǒng)的遠(yuǎn)程信息傳輸，與主站服務(wù)器實現(xiàn)信息交換；每臺集中器通過CAN總線，可以管理最多110個采集器。

2 CAN總線通信系統(tǒng)設(shè)計
2．1 CAN總線簡介
控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network，CAN)是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，具有技術(shù)先進(jìn)，可靠性高，功能完善，成本合理等優(yōu)越性，已被廣泛應(yīng)用于各個自動化控制系統(tǒng)中。該設(shè)計給出CAN總線節(jié)點方案，采用內(nèi)置多路CAN總線控制器LPC2294作為主控制器。
2．2 CAN節(jié)點硬件電路組成
圖2給出CAN節(jié)點硬件電路，由AMR微控制器LPC2294、CAN總線收發(fā)器TJAl050T、高速光耦6N137和電源隔離模塊B0505S等組成。

2．2．1 控制器特點
該設(shè)計選用的LPC2294是Philips公司新推出的一款功能強大、超低功耗、具有ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器。它具有144腳封裝，2個32位定時器，8路10位ADC，4路CAN通道和PWM通道以及多達(dá)9個外部中斷，內(nèi)部嵌入256 KB高速FLASH存儲器和16 KB靜態(tài)RAM，包含76(使用了外部存儲器)～112(單片)個GPIO口。如此豐富的片上資源完全可以滿足一般工業(yè)控制的需要，同時還可以減少系統(tǒng)硬件設(shè)計的復(fù)雜度。另外，LPC2294支持JTAG實時仿真和跟蹤、128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)，能夠使32位代碼在高達(dá)60 MHz的操作頻率下運行。LPC2294內(nèi)部集成有4路CAN控制器；符合CAN規(guī)范CAN2.OB，ISO11989-1標(biāo)準(zhǔn)；總線數(shù)據(jù)波特度均可達(dá)1 Mb／s；可訪問32位的寄存器和RAM；全局驗收過濾器可識別幾乎所有總線的11位和29位Rx標(biāo)識符；驗收過濾器為選擇標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符提供了FullCAN-style自動接收功能。作為該設(shè)計的核心部件，LPC2294不僅擔(dān)起主控制器的作用，同時還作為CAN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點控制器，與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與交換。
2．2．2 收發(fā)器特點
收發(fā)器TJAl050T是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，它與“。ISO11898”標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。CANH與CANL理想配合，可使電磁輻射減到更低。除此之外，TJAl050T不上電時，總線呈現(xiàn)無源特性，這使得TJAl050T在性能上大大優(yōu)于以前的CAN總線收發(fā)器。TJAl050T有高速和靜音(它們由引腳“S”來控制)兩種工作模式。在高速模式中，總線輸出信號有固定的斜率，并且以盡量快的速度切換。高速模式適用F最大位速度和最大總線長度的情況，而且此時其收發(fā)器循環(huán)延遲最??；在靜音模式時，發(fā)送器是禁能的，而不管TxD的輸入信號。靜音模式可以防止CAN控制器不受控制時對網(wǎng)絡(luò)通信造成堵塞。