基于CAN总线的潜水电机智能监控系统设计

发布时间：2020-01-31 16:54:57 阅读：次来源：记忆枕厂家

目前，国内外已有多家公司开发出针对个体潜水电机的智能电了保护装置，虽然可以达到保护电机的目的，但无法实现集中管理。因此，对潜水电机群的实时监控与统一管理的要求日益迫切。本文设计了基于CAN现场总线的潜水电机群分布式智能监控系统，可以对散布的潜水电机保护装置进行组网，实现潜水电机的智能化控制和网络化管理。

潜水电机智能监控系统总体方案设计

基于CAN现场总线的潜水电机分布式智能监控系统由监控计算机(内置PC-CAN适配卡)、智能节点、CAN总线网络组成，其系统的总体结构如图1所示。分布在现场的监控节点可以独立对电机进行智能控制和故障保护；监控计算机可以通过CAN总线网络和各个监控节点进行实时通信，从而实现潜水电机群的分布式控制和集中临管。

智能节点是整个监控系统的核心部分，它对潜水电机进行智能控制，并对电机在运行过程中出现的过载、过热、渗水、漏水、短路、缺相等故障进行保护。PC-CAN适配卡用来完成CAN总线和监控计算机之间的协议转换，可以选用PCI总线适配卡、ISA总线适配卡或RS-232串行通信适配器。各个智能节点之间通过屏蔽双绞线瓦联构成CAN总线网络，总线两端连接120Ω的阻抗匹配电阻，可以提高系统的稳定性和抗干扰能力。

监控系统的硬件设计

由监控系统的整体结构和功能可知，该系统的硬件设计主要足CAN智能节点的设计。智能节点硬件电路设计采用了模块化结构，由MCU、CAN通信模块、信号采集模块、电机控制模块、状态显示模块、参数设置模块及串行通信接口组成，智能节点的整体结构如图2所示。根据具体情况可以只选用其中的部分模块，增加了监控装置的实用性和经济性。例如：可以去掉显示模块和现场设置模块，利用监控计算机实现数据显示和参数设置的功能。在单机运行时，可以不使用CAN通信模块。

为了简化设计，提高系统的可靠性和性价比，智能节点的主要元器件都是选用同一家公司的产品，包括：微控制器(P89V51RD)、CAN控制器(SJA1000)、CAN收发器(PCA82C250)。P89V51RD内带64kB的Flash存储器，该存储器支持ISP功能，ISP的优点是支持在系统编程，即不需要移出为控制器，只需要通过串行接口(RXT和RXD)，结合上位机软件就可以实现PC对MCU的重复编程，而且硬件电路连接简单，这样就方便了程序调试，缩短了设计开发周期，提高了系统的稳定性。现场智能节点各个组成模块的功能如下：

1．CAN通信模块：CAN总线通信接口电路主要由CAN控制器SJA1000、6N137高速光隔、CAN收发器PCA82C250组成。SJA1000完全兼容CAN2.0协议，用来完成物理层和数据链路层的功能，可实现对通信数据的成帧处理，具有多主结构、总线访问优先权、硬件滤波等特点；PCA82C250提供了对CAN总线差动发送和接收数据的功能，有效地提高了总线的抗干扰能力，实现了保护总线、降低射频干扰等功能。为了进一步提高整个系统的可靠性和稳定性，在SJA1000和PCA82C250之间增加了光电隔离器件，并且采用了双电源，有效地抑制由总线引入的干扰。