雙CAN總線與以太網(wǎng)監(jiān)控電路設(shè)計(jì)指南 —電路圖天天讀（93）

　　目前最常用的現(xiàn)場總線為CAN總線，CAN總線以可靠性高、成本低、應(yīng)用靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于智能通信網(wǎng)絡(luò)中，但收發(fā)器驅(qū)動能力的限制不適合遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸及遠(yuǎn)程控制。而以太網(wǎng)技術(shù)成熟、通信速度快、軟硬件產(chǎn)品豐富和外圍技術(shù)支持全面，可以利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，但在工業(yè)控制中仍然存在部分問題尚未解決。結(jié)合CAN總線與以太網(wǎng)自身的優(yōu)缺點(diǎn)，本文研究了適用于船舶監(jiān)控系統(tǒng)基于雙CAN總線與以太網(wǎng)的現(xiàn)場監(jiān)控模塊，該模塊可安裝于配電開關(guān)柜內(nèi)，能夠就近進(jìn)行電流、電壓及開關(guān)狀態(tài)信息的采集，獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)測量、保護(hù)、控制等功能。能夠通過冗余雙CAN總線與其他智能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，并且通過以太網(wǎng)上傳重要數(shù)據(jù)給監(jiān)控臺，協(xié)助監(jiān)控臺完成監(jiān)測和控制功能。作為配電網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)連接的紐帶，具有很好的開發(fā)應(yīng)用前景。

　　現(xiàn)場監(jiān)控模塊的硬件系統(tǒng)

　　在現(xiàn)場監(jiān)控模塊中，大量的現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)需要采集和處理，并及時、迅速地向集中監(jiān)控臺傳輸，即向集中監(jiān)控臺提供整個控制過程的具體數(shù)據(jù)，同時還要完成判斷處理并通過輸出模塊發(fā)送各種控制命令，考慮到其功能復(fù)雜程度，采用了DSP+FPGA雙控制器的硬件方案，其硬件結(jié)構(gòu)原理參見圖1。

　　1） A/D芯片 該系統(tǒng)采用AD7865作為A/D芯片，該芯片為高速14位A/D轉(zhuǎn)換器，同時采樣4個輸入通道，并具有4個采樣、保持放大器。其優(yōu)點(diǎn)在于能夠真正實(shí)現(xiàn)多路信號的同步采樣，并保持各通道信號的相位關(guān)系。具有片內(nèi)時鐘、讀寫允許邏輯、多種通道選擇方式以及內(nèi)部精確的2.5V參考電壓，使得其與高速處理器的接口變得非常簡單。本系統(tǒng)共配置了4片AD7865，能同步采樣多達(dá)16路模擬量數(shù)據(jù)。

　　2） 電磁隔離 所有開關(guān)量的輸入輸出均采用電磁隔離技術(shù)，可有效提高抗干擾能力，本系統(tǒng)選擇了16片4路集成電磁隔離芯片ADUM1410，使得該模塊能同時完成多達(dá)32輸入，32路輸出的數(shù)據(jù)采集。

　　3） FPGA 該系統(tǒng)以EP1C6PQ240作為系統(tǒng)的輔控制芯片，該芯片有5980個邏輯單元，嵌入式存儲塊有一列M4K塊，每個M4K塊可以組成各種存儲器，包括雙端口、單端口RAM、ROM和FIFO等，I/O單元包含一個雙向I/O緩沖器和三個寄存器，具有2個鎖相環(huán)和8個獨(dú)立系統(tǒng)時鐘，芯片管腳數(shù)為240個， 可用管腳數(shù)為185個。FPGA主要完成數(shù)據(jù)輸入輸出控制及數(shù)據(jù)預(yù)處理功能。所有的開關(guān)量信號送入FPGA，所有的模擬量信號經(jīng)A/D芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后也送入FPGA，F(xiàn)PGA需要向A/D芯片提供控制信號來控制A/D芯片的讀寫，所有的數(shù)據(jù)由FPGA預(yù)處理后供DSP讀取。