发布时间 : 星期一 文章电量计量系统的CAN总线节点设计更新完毕开始阅读4a6e040c16fc700abb68fc66
本科生课程设计（论文）
探入到狭小的地方，增加了实用性。
DS18B20数字式温度传感器的测量精度为±0.5℃，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，与前一代产品不同，新的产品支持3～5.5v的电压范围，使系统设计更灵活、方便，而且新一代产品更便宜，体积更小，以程序设定9～12位的分辨率，精度为±0.5℃。可以选择更小的封装方式，更宽的电压适用范围，分辨率设定及用户设定的报警温度存储在EPROM中，掉电后依然保存。
因此，本次课程设计中温度传感器的选择，为了使系统更加灵敏更加简洁，同时满足本次课程设计的温度精度要求，应选用方案三，即数字温度传感器DS18B20。
二、电量传感器的选择
方案一：ES200 电量计量传感器。ES200 电量计量传感器采用32 位高性能微处理器，有效的保证了网关通讯处理能力。产品为128×64 图形点阵液晶显示器，可直观的设置网关的通讯协议与通讯参数。ES200 电量计量传感器具有多种网络通讯方式，以适应不同现场要求。同一条总线上可挂接多个电子式多功能电能表，可有效减少主网络节点数，节省工程开支。ES200 电量计量传感器可直接与符合部颁标准的电力电表设备连接，无须用户编程。
ES200 电量计量传感器可连接8 个具有标准485 通讯接口，与此同时还支持DL/T 645-1997 协议的电子式多功能电能表。支持三相总电能及A、B、C 各相的电压、电流、正向有功电能、反向有功电能、正向无功电能、反向无功电能、一象限无功电能、二象限无功电能、三象限无功电能、四象限无功电能、功率因数及频率等数据的采集、转换与传输。
ES200 电量计量传感器可将多个电量计量装置的数据汇总，并集中传输至上位机，可就近与电量计量装置连接，并依靠现有的局域网，通过电量计量传感器将所有电量计量装置的数据接入网络。通过上位机设定好需要循检的电量计量装置的地址后，电量计量传感器会自动循检与之连接的电量计量装置，并将实时数据保存，当上位机有数据请求的时候将数据应答给上位机。
方案二：WB系列电量隔离传感器。西南自动化研究所传感技术服务部负责开发、生产的WB系列电量隔离传感器。该系列产品可以对电力线路中的交、直流电流、电压、频率、功率、相角, 功率因数等参量进行高精度的隔离测量,也可以对微弱的电量信号进行高速、高精度的隔离放大和传送,灵活多样的输出形式使得它能直接与各种指示仪表、A/D转换器以及计算机系统配接。
该系列产品精度高、体积小、功耗低、频响宽, 可以解决自动控制及多路数
4
本科生课程设计（论文）
据采集的隔离、变换、传送和共地等关键技术问题, 有效克服共模千扰,简化系统设计, 降低系统成本, 是构成电参量自动采集系统和自动控制系统时必不可少的测量传感。
该系列产品目前已拥有五大类共100多种型号各种规格的定型产品,广泛应用于电力监控、电测仪表、电能管理、光纤通信以及变频调速、焊机控制、铁路交通管理等行业,用于取代各种低压互感器、仪用互感器和电量变送器,或用做压力、温度等非电量传感器的配套变送器。
本次课程设计的系统要求可检测8路12V的蓄电池电压，1路电流和2路温度等参数，ES200电量传感器可连接8 个具有标准485 通讯接口，与此同时还支持DL/T 645-1997 协议的电子式多功能电能表，属于一类集成电表，并且自带A/D转换器，使系统变得更加简介，所以本次课程设计所选用的电量传感器为方案一，即ES200电量传感器。
三、主控制器的选择
本次课程设计，考虑到节约成本，方便简单等方面的综合因素，选用单片机作为主控制器。
方案一：传统的8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。
方案二：8051片内有4KB的 ROM，无须外接外存储器和373，更能体现“单片”的简练。但是用户编的程序却无法烧写到其ROM中，只有将程序交芯片厂代用户烧写，并是一次性的，今后用户和芯片厂都不能改写其内容。
方案三：在众多的51系列单片机中，AT89系列单片机最为流行，在我国得到了极为广泛的应用。AT89系列单片机是美国Atmel公司的8位Flash单片机产品。分为标准型、低档型和高档型三大类。标准型以AT89C51为代表，低档型以AT89C201为代表，高档型以AT89S8252为代表。
其中，标准型的AT89系列单片机具有如下特点：
（1）片内有足够的Flash ROM，可避免扩展外部ROM。扩展外部ROM既增加应用成本，又增加线路的复杂性，影响系统的可靠性。
（2）Flash ROM是电擦除和电写入，读写方便，可擦写1000次以上，可在线修改程序。
（3）价格低廉。在国内，AT89C51、AT89C52芯片的零售价在10元以下。 （4）片内ROM具有三级保密系统。即具有3个保密位，对其编程后，可呈现
5
本科生课程设计（论文）
3种不同方式的保密功能，可有效防止程序被非法复制。 （5）AT89C51系列单片机中还有相应的低电压芯片。 （6）AT89C51系列单片机时钟频率最高为24MHz。
经过单片机8031、8051和AT89C51的比较，并且根据实际情况我们发现使用AT89C51单片机，无论是SIP封装，还是LCC、QFP封装，均可以用相同引脚的芯片直接替换，并且使用和修改程序方面都十分方便，而且十分经济。
所以，本次课程设计应选择方案三，即AT89C51单片机。 四、现场总线收发器的选择
方案一：PCA82C250/251收发器。PCA82C250/251收发器是协议控制器和物理传输线路之间的接口。此期间对总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力，可以在汽车和一般的工业应用上使用。同时，利用PCA82C250/251收发器还可以方便的在CAN控制器与驱动器之间建立光电隔离，以实现总线上各个节点之间的电器隔离。
PCA82C250/251收发器的主要特点如下： （1）完全符合ISO11898标准 （2）高速率，最高可达到1Mbps。
（3）具有抗汽车环境中的瞬变干扰，保护总线的能力。 （4）斜率控制，降低射频干扰。 （5）低电流待机模式 （6）可连接100个节点
（7）工作温度范围为-40～125℃
方案二：TJA1050收发器。TJA1050收发器是 Philips公司生产的、用以替代PCA82C250的高速的CAN总线收发器。该器件提供了CAN控制器与物理总线之间的接口以及对CAN总线的差动发送和接收功能。TJA1050除了具有PCA82C250/251的主要特性以外，在一些方面还作出了很大的改善。
TJA1050的主要特点如下： （1）与ISO11898标准完全兼容 （2）过热保护
（3）总线与电源及地之间的短路保护 （4）待机模式下，关闭发送器
（5）优化了输出信号的耦合，大大降低了信号的电磁辐射 （6）未上电节点，不会干扰系统
在本次课程设计中，两种总线收发器都满足系统的要求，均可以连接110个
6
本科生课程设计（论文）
节点，速率也均可以到达1Mbps，但是由于TJA1050在PCA82C250基础之上进行了改进，并且加入了在待机模式下关闭发送器和过热保护等更加完善的功能，所以本次课程设计中的现场总线收发器，选择方案二，即TJA1050总线收发器。
五、现场总线控制器的选择
方案一：SJA1000总线控制器。SJA1000是一种独立控制器，用于汽车和一般工业环境中的局域网络控制。它是Philips公司的PCA82C200CAN的替代产品。而且，它增加了新的工作模式，并且这种模式支持具有很多新特点的CAN2.0B协议。
SJA1000控制器具有如下特点：
（1）与PCA82C200独立CAN控制器引脚和电气兼容 （2）PCAg2C200模式
（3）扩展的接收缓冲期，64字节 （4）同时支持11位和29位标识符 （5）与CAN2.0B协议兼容 （6）位速率可达1M bps
方案二：MCP2515控制器。MCP2515控制器是一款独立CAN协议控制器，完全支持CAN2.0B技术规范。MCP2515与MCU的连接时通过标准串行外设接口SPI来实现的。该器件能发送与接收标准和扩展数据帧及远程帧。MCP2515自带的两个验收屏蔽寄存器和6个验收滤波寄存器可以过滤掉不想要的报文，它包含3个发送缓冲器和两个接收缓冲器，减轻了单片机的管理负担，因此减少了主单片机的开销。
MCP2515具有以下特点：
（1）接收缓冲器、验收屏蔽寄存器和验收滤波寄存器 （2）对头两个数据字节进行滤波
（3）3个发送缓冲器，具有优先级设定及发送中止功能 （4）高速SPI接口，支持0、0和1、1的SPI模式
（5）带有可编程预分频器的时钟输出引脚，可用作其他器件的时钟源 （6）单触发模式确保报文发送只尝试一次 （7）带有可选使能设定的中断输出引脚 （8）低功耗的CMOS技术
按照本次课程设计的具体要求，并且考虑到成本以及安全性能，本次课程设计的总线控制器选择方案一，即SJA1000控制器。
7