基于CAN总线技术的开关电源监控系统的设计张健，李华（装甲兵工程学院自动控制系，北京件和软件设计进行了讨论，给出了现场节点与上位机软件的设计流程图。

随着我国电力电子技术的飞速发展，工业用电设备对电力系统以及电源的要求越来越严格，其所要求的维护管理质量和水平也越来越高。而计算机技术在电源领域中的广泛应用，进一步对电源设备提出了集中监控、少人或无人值守的要求。为了改变传统的人工监护体制，提高用电设备的管理水平，笔者针对广泛应用的开关式电源，研制开发了一套分布式监控系统。近几年来，计算机公司、设备生产厂家、研究所等部门研制出不同特色的电源监控系统，其中主要是数据采集网络控制部分各不相同，这些监控系统的针对性较强，专门应用于开关电源的监控系统不多，对一些中小型的用电设备或试验设备来说成本高，可移植性比较差。本室研制的便携式电源，输入电压为220V或380V交流电，输出为24V00A，具有容量大、体积小、效率高等特点，而且可以任意并联，具有自动均流等功能。根据用电设备的使用和维修要求，可以将多个开关电源并联，构成电源系统，并采用该监控系统实现对电源系统的远程监控。该系统可以实时的监控电源设备的运行情况，甚至可以根据需要同时监控用电设备的工作状态，可以通过现场或计算机远程设定电源的工作参数，具有故障定位、告警监视等特点，并可以动态地扩展现场节点，具有维护方便、扩展性强等优点。

1系统结构现场节点进行数据采集与控制，采用总线型网络结构，CAN总线2.0A协议，通信介质为双绞线。现场节点对模拟量进行采样，并将数据与预设值进行比较，根据控制规律调整开关电源的参数，使开关电源达到工作要求。并将数据传给上位机。在这里，现场节点的监控功能可以用2种芯片来实现，一种是带CAN口的单片机，另一种是TI公司的DSP. TMS320F243.以单片机为核心的功能板CC1用于电源系统及控制算法比较简单，网络数据吞吐量不大，控制精度及实时性要求不是很高的场合；以TMS320F243为核心的功能板CC2主要用于网络数据吞吐量很大，电源内部的控制算法比较复杂，对现场设备，实时性、控制精度要求高的用电系统。在具体应用中使用哪种功能板，根据现场设备的要求而定。而且这2种功能板可以相互通信，因而在网络组成方面十分灵活，既可以单独使用2种功能板的一种，也可以混合使用，可以满足由不同开关电源组成的供电系统的需要，从而节省了开支，充分体现了该系统的灵活性。2种功能板上都有扩展采样接口可以同时监测用电设备的状态，使远程监控人员能够更好地了解到设备的工作情况。

从供电系统的构成，提高监控实时性方面来考虑，建议用户使用以下几种网络组成结构。

1.1组网方式对于较少的开关电源组成的供电系统，可以采用菊花链的形式组网，如。

当开关电源的精度要求较高时，可以将CC1代换成CC2.由于CAN适配卡支持CAN2.0A协议，DSP支持CAN2.0B协议，在使用DSP与CAN适配卡通信时须将DSP的报文格式设置成标准格式，此时DSP的标识符只有5 ~12位有效。

对于较多的开关电源组成的供电系统，网络中数据传送量很大，要求严格控制精度时，益采用多级网络结构，维护起来也十分方便。根据实际情况，也可以混合使用CC1和CC2.目前，该监控系统根据需要可以监控16个现场节点。

1.2CAN的设计在本系统设计中，稳定性是第一位的，为了提高网络通信的效率与稳定性，首先要保证网络带宽大于网络的出帧率，避免节点的数据丢失问题。在本系统中，现场节点的数目较少，通过设置标识符对系统所要监控的电源编号，并在软件中加入适当的延迟时间即可大大提高系统的接收、发送帧的效率。本系统CAN的设计方法如下：确定系统中开关电源与上位机的最大距离，以此作为确定系统位时间中传播段的依据，如果有必要，考虑到将来系统扩展，也可以将扩展后的最大距离作为传播段的依据。这样做的缺点就是导致目前网络的位速率较慢。

确定系统位速率。系统如果采用CC2与CAN适配卡通信，则CAN适配卡的位速率与DSP的位速率必须相同。但由于CAN适配卡与DSP的时钟频率不同，具体配置各自寄存器时，最好保证各自的系统时钟Tscl相同，这样往往能够降低出错率。并且在确定位速率时，往往有多个配置可以选择，应该选择具有最高振荡器容差范围的参数配置。

最大振荡器容差范围的确定要以系统中对振荡器容差范围要求最高的节点为准。最大振荡器容差范围要满足以下2个条件：I，fmin（相位缓冲段1，相位缓冲段2）itdf <同步跳转宽度1：df2*（13*位时间一相位缓冲段2）‘：df20*位时间如果位速率较低，则可以忽略这一步。

如果位速率较高，各项要求就必须严格。首先要确定CAN适配卡与DSP输入输出延迟时间以及网络内最大的信号传播时间蓖米约为\5挪）以此配置时间中的传播段。寸间份额总鹱：/」播时份额数为偶数时，应有相位缓冲段1 =相位缓冲段2或相位缓冲段1=相位缓冲段2十1，而且，相位缓冲段2的最小长度不应小于控制器的信息处理时间，通常情况下，应该大于2个时间份额。

确定网络的带宽即一帧（由网络中距离上位机最远的节点发送）在网络中传输时间的倒数。然后确定网络的出帧率即单位时间内网络所产生的数据帧的个数。为了保证带宽大于出帧率还要在软件中设置一定的延迟时间，如果系统扩展节点，延迟时间还要重新考虑。

2系统硬件设计CC2在网络通信和控制功能的实现主要由TMS320F243完成，CC1在网络通信和控制功能的实现主要由196CA单片机完成。TMS320F243芯片有8路A/D，6路PWM输出，芯片内部还有完全符合CAN2.0B协议的CAN控制器，与TI公司的CAN发送器SN75LBC031相连，数据传送速率可达500kbps/s完全可以满足监控系统的实时性要求。功能板上有数码管和键盘，可以现场观察设备工作情况，并可以动态地输入设置参数，也可以通过计算机远程设置电源工作参数。CC1的通信功能由196CA上的CAN控制器来完成，控制则由单片机配合其外围设备来完成，主要是A/D、D/A转换芯片和压控振荡器。这2种功能板的主要功能相同，限于篇幅，在这里只对CC2进行介绍。其硬件设计如框图所示。

节点构成考虑到网络满载时，数据传送量会很大，为了提高监控的实时性，使网络具有通用性和可扩展性，通过一块CAN适配卡将计算机接入CAN网络，提高网络数据处理能力并且使系统很容易与其他管理网络连网，便于统一调度和管理。为此，选用三兴达公司生产的智能PCCAN卡，该卡提供9个函数，经试验完全可以满足需要。

3功能板软件设计TMS320F243的程序用汇编语言编写，其流程图如所示。

为了避免干扰，电源输出同一系列三角波比较，使输出变为可观测的脉冲，通过检测脉冲宽度，得到电源电压、电流的数值，经过滤波和数据分析，数据传送给上位机。

DSP中的CAN控制器配置按照下面2个公式进行：其中TSEG1=寄存器数值+1；TSEG2=寄存器数值十1，这是读者最需要注意的地方，不要同CAN适配卡的配置混淆，否则会导致网络中数据无法接收。

CC1的功能与CC2基本相同，这里略去。

4上位机软件设计上位机实现对现场节点的远程监控功能，分析和处理现场节点发送的大量数据，并根据预先设定的控制策略对现场节点实现自动控制，实现实时控制的要求，同时也可以根据用户需要，让用户自己手工操控现场节点，节点的情况可以动态地在计算机上显示出来。

上位机软件功能主要靠适配卡提供的9个函数来实现。为了较好地使用计算机资源，采用线程的方法完成对软件的设计，软件用C++BUILDER编写。软件设计流程图如所示。

CAN适配卡提供PCCAN.DLL，PCCAN.LIB，PCCAN.H.在编写应用程序时，需将PCCAN.DLL，PCCAN.LIB以及PCCAN.H拷到应用程序所在的目录。但BCB无法使用用C语言编写的库函数，这时可以用BCB所带的工具IMPLIB生成BCB可以引用的LIB.具体操作如下：在DOS下进入IMPLIB所在的目录敲入implibXXX.libPCCAN.dll，然后将生成的XXX.lib拷到应用目录下，在PCCAN.h中所有声明的函数前加上EXTERN.在应用程序的选项中添加xxx.lib在程序的最前面加上“INCLUDEPCCAN.H*就可以在应用71994-2014ChinaAcademicJournal程序中调用所有的CAN适配卡函数了。

CAN适配卡上的CAN控制器中有2个总线定时寄存器，其中总线定时寄存器0可决定波特率预分频和同步跳转宽度的数值，其低6位用来确定系统时钟，而其高2位用来确定同步跳转宽度。总线定时寄存器1可决定位周期宽度、采样点位置和在每个采样点进行采样的次数，并按照下式计算：tTSEGi=tsd（8TSEG1. 1），其中tcik为卡上振荡器的时钟周期。这里需要注意tTSEGi与tTSEG2，它们的算法分别同式1* 1中的TSEG1、式1―2中的TSEG2相同，如果网络中使用DSP那么在计算过程中一定要加以区分。

5结束语该系统经过运行和测试，证明了现场节点数据检测质量可靠，采集精度高，使用CAN总线技术使布线十分灵活，通信方式突破了传统的主/从式的限制，具有响应速度快，实时性好的特点。通过2种功能板的灵活运用可以满足受控设备扩展后的要求，具有扩展性强的优点。