CAN集散式電源控制系統通信實現設計

CAN總線是一種能有效支持分布式控制系統的串行通信網絡，一方面，其通信方式靈活，可實現多主方式工作，還可實現點對點、點對多點等多種數據收發方式；另一方面，他能在相對較大的距離間進行較高位速率的數據通信，例如在3．3 km的距離內其傳輸速率可達20 kb／s。我們的系統是由上位機對多臺并列的單電源控制系統進行控制管理，單電源的間距在100 m左右，且其必須置于較高的位置，系統之間要進行快速的數據傳輸，CAN總線能很好的滿足該系統的要求。

1　系統總體結構

圖1是該集散電源控制系統的結構示意圖。

CAN集散式電源控制系統通信實現設計

其中：CAN0節點是上位機。

本系統用的是C51單片機，外接CAN控制器SJA1000，他對下面多臺下位機傳送控制定值，并且在收集下位機送來數據后對其進行分析計算以改變定值。節點CAN1～CAN31（最多可有31臺）為各單電源的控制部分，我們采用的是TI公司的TMS320LF2407芯片做主控，其上集成有CAN控制器模塊。

2　LF2407及其集成CAN控制模塊介紹

LF2407是TI公司推出的定點DSP 處理器，他采用高性能靜態CMOS技術，供電電壓為3．3 V，指令周期可達25 ns，其上集成了包括CAN控制器在內的多個外圍模塊及存儲器，適用于電機及逆變電路的控制。

CAN控制器模塊是集成于LF2407中的一個16位外設模塊。該模塊具有以下特性：

（1）支持CAN2．0B協議，支持標準標識符（11位）及擴展標識符（29位），支持數據幀與遠程幀。

（2）配置有6個郵箱，2個接收（0，1號），2個發送（4，5號），2個可配置（3，4號）；每個郵箱數據長度為8 B。接收郵箱可進行標識符屏蔽。當標識符位被屏蔽時，在接收數據幀時無須對該位標識符進行校驗。

（3）具有可編程的位定時器、中斷服務和CAN總線喚醒功能。

（4）能自動回復遠程請求，當發送錯誤或數據丟失時，有自動重發功能。　　每個郵箱寄存器包含7個字的信息，與各功能模塊控制寄存器相類似，LF2407為其分配了固定的數據存儲器地址，例如郵箱0，其寄存器分配如下：

MBX0A～D（4個字的存儲空間）地址：7204～7207其中：標識符（按29位設置）在MSGIDnH的后13位和MSGIDnL中。

3　硬件電路設計及調試

在設計LF2407的CAN通信電路時應注意一個問題，即2407的供電電壓為3．3 V，其CAN控制模塊輸出的高電平也只有3．3 V，與CAN驅動器PCA80C250電平（5 V）不兼容，在設計電路時加隔離光耦時要加以注意。圖2所示為下位機側的CAN通信原理圖。

CAN集散式電源控制系統通信實現設計

由于TX的輸出光耦采用的是射極輸出方式，我們的輸出光耦應采用6N136（137由于其結構原因不能滿足要求），圖3是我們進行數據發送時測試得到的R42兩端的電壓波形（輸出10101010…）

CAN集散式電源控制系統通信實現設計

由我們對CAN通信控制器的位配置寄存器BCR1的設置可知，每一位數據所占的時間段中，我們的采樣點在70％的時間點，在這一點的輸出電壓必須在額定高低電平的設定值范圍內。我們選定R42＝5 kΩ，得到以上波形，滿足采樣點處高電平≥3．5 V，低電平≤1．5 V。

4　通信協議及軟件實現

在系統中，上位機給下位機發送運行定值以及起停信號，并且會定時查詢各單機的運行狀況以對其狀態進行相應的調整。

具體通信過程分為2類：

（1）上位機向下位機傳送操作命令及定值，上位機發送的是數據幀。

上位機發送完數據幀后，若下位機收到該數據幀則向上位機發送確認幀，該數據幀發送結束。若發送失敗，上位機在等待一段時間后未接收到確認幀，則自動重發該數據幀。

（2）上位機對下位機的運行狀態及各種記錄定值進行查詢，上位機發送的是遠程幀。

遠程幀中只包含有數據類型而沒有數據內容，下位機接到遠程幀后，根據上位機要求的數據類型向上位機傳送數據。同時等待上位機的確認幀。若未接收到確認幀則定時重發。

在該系統中，以標準幀進行通信，即采用11位的標識符。其各位的定義如下：

ID0～ID4：節點標識，5位的節點標識可使網絡能容納32個節點。

ID5～ID7：數據類型，需要傳送的數據種類比較多，上傳的數據幀規定了7種類型（包括確認幀），與此對應下傳的遠程幀有6種類型，而下傳的數據幀則有6種類型。需要至少3位標識符來確定數據類型。

ID8～ID10：幀計數，數據量最大的數據類型包含有17字的數據，而每幀最多能傳4字，故該類型數據至少需要5幀才能傳完。需對數據幀進行計數以對傳送數據具體類型進行確定，故至少需要3位標識符來進行確定幀計數。

由于LF2407有專門的CAN模塊中斷，且在CAN控制模塊中設計了專門的CAN中斷標志及屏蔽寄存器，可以十分方便地采用中斷的方式來啟動CAN控制器進行數據的接收與發送。

在進行CAN控制器的設置時，需要先對改變數據請求位CCR進行使能，并在改變后進行復原。值得注意的是，TMS320LF2407中有很多寄存器位是需要通過寫“1”來實現清“0”的，還有些位是只能讀不能用程序直接改寫的，例如：對郵箱中斷（包括接收和發送）的標志位MIFn（0～5），在進入中斷響應后應將其清除，但該位是只讀位，用戶程序只有寫1到TCR寄存器的TAn位（對發送郵箱）和寫1到RCR寄存器的RMPn位（對接受郵箱）才可達到清位目的。