Ｉｎｓｔｌｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ Ｄｅｃ．２００『７ ＤＳ１８Ｂ２０用于对监测点的环境温度进行检测。图５为 二蜚Ｖｃ １Ｖｃ ２Ｇ｛斤ＶＲＮ ＣＸＤ８２＿ ＣＹＡＲ５ＯＮＥ ＨＬＦ图３ ＣＡＮ总线电路原理 ＤＳ１８Ｂ２０与Ｃ８０５１Ｆ０４０的连接图。ＤＳ１８Ｂ２０采用一线制连接方 式，电源由ＤＱ线提供，ＤＱ与Ｃ８０５１Ｆ０４０的Ｐ１．０口相接。由于 Ｃ８０５１Ｆ０４０的Ｉ／Ｏ口输出电压为２．７—３．６ Ｖ，因此，为了保证其 Ｉ／Ｏ口有足够的驱动能力，需要在Ｉ／Ｏ口处加５ Ｖ的上拉电阻。 ＤＳ１８Ｂ２０原有的电源线与模拟地相连。 Ｖ ｃ８０５１｝Ｆ０４０ ｝Ｐ１０ ．图３中，８２［２５０为ＣＡＮ总线收发器，用于实现ＣＡＮ总线物 。 Ｉ Ｉ 理信号的转换；６Ｎ１３７为高速通讯光耦，以提高整个电路的抗干 扰能力；Ｒ３，Ｒ４用于总线限流，Ｄ１，Ｄ 实现总线的过压保护。 ２．１．２传感器电路设计 子节点中ｐＨ传感器采用的是ｐＨ玻璃复合电极，而温度传 感器采用的是ＤＳ１８Ｂ２０。 一般复合电极的内阻极高，可以达到ｌＯｓ～ｌＯ９Ｑ，因此要求 电极的信号调理电路必须具有极高的输入阻抗。图４为子节 点ｐＨ电极的信号调理电路的原理图。 图４ ｐＨ电极信号调理电路 图４中，ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４构成了双高阻输入的放大电路。其 中，ｕ１，Ｕ２选用高阻抗放大器ＣＡ３１４０Ａ构成了电压跟随器进行 阻抗变换，通过加入Ｒ ， 可以进一步增大放大电路的输入阻 抗；Ｕ３为减法器，如指示电极输出电位为Ｅ ，参比电极的输出 电位为 ，且Ｒ３＝风＝ ＝风，则Ｕ３输出电压 ＝ＥＩ—ＥＲ； Ｕ４为比例放大器，放大倍数可以通过调整 ，风确定。 当采用内部电压基准时，Ｃ８０５１Ｆ０４０内部Ａ／Ｄ的输入电压 为０ ２．４ Ｖ，当输入电压高于此值时，会造成Ａ／Ｄ的损坏。电 路中利用 。，Ｒ 对Ｕ４的输出信号进行分压，分压后的信号送 单片机的ＡＩＮＯ．０口。 由于ｐＨ电极输出的电压信号非常微弱，极易受到干扰，因 此在设计放大电路时除了要采取屏蔽、模拟地与数字地隔开等 常规方法外，还必须着重提高电路的共模抑制比，具体措施有： 严格使Ｒ３＝Ｒ４＝ ＝Ｒ６，使放大电路的共模抑制比最大；其 次，在被测样品中插入金属棒作为样品地，并将样品地与电路 的模拟地相连，消除由于地电平不同而产生的串模干扰；此外， 根据共模抑制比的定义可知，该电路共模抑制比为 ，Ｒ：、 Ｋｏｍ＝２０１ｇＩ 、ＪＬｅ， Ｊ 式中： 为放大电路的输入阻抗；Ｒ 为ｐＨ电极内阻。 因此，提高放大电路的输入阻抗和减小ｐＨ电极内阻，也可 以提高整个电路的共模抑制比。 图５ ＤＳ１８］￣０与Ｃ８０５１Ｆ０４０连接图 ２．２主控节点设计 图６为主控节点的结构图。 Ｃ８０５１Ｆ ０ 图６主控节点的结构图 主控节点主要实现与上位机之间的ＲＳ一２３２通讯、与ＣＡＮ 网络之间的通讯，并且具有键盘、ＬＥＤ以及微型打印机作为人 机接口。 主控节点中ＣＡＮ总线通讯部分电路与子节点相同；在系统 中，采用了ＬＣＤ作为显示器，并采用了ＺＬＧ７２８９作为键盘控制 器。图７为主控节点中Ｃ８０５１Ｆ０４０与ＺＩＺ；７２８９以及ＬＣＤ显示器 的连接电路。 圈７主控节点人机接口设计 维普资讯 http://www.cqvip.com 第１２期 章磊等：基于ＣＡＮ总线网络的现场监控系统 ４１ 主控节点包含了一个４×４的键盘，用于用户输入参数或 化等。其中，Ｃ８０５１Ｆ０４０的ＣＡＮ控制器初始化流程如图９所示。 控制命令，Ｃ８０５１Ｆ０４０的Ｐ１．３，Ｐ１．４，Ｐ１．５分别与ＺＬＧ７２８９的ｃｓ， ＣＬＫ，ＤＩＯ相连，构成ＳＰＩ串行总线；ＺＬＧ７２８９的ＩＮＴ脚与 Ｃ８０５１Ｆ０４０的Ｐ３．２相连，以接收ＺＬＧ７２８９发出的中断信号； ＺＬＧ７２８９的ＫＲ０～ＫＲ３经过下拉与键盘的４根行线相连，ＫＲ４～ ＫＲ７没有使用，则通过电阻接地；ＺＬＧ７２８９的ＫＣ０～ＫＣ３经过限 流电阻与键盘的４根列线相连。 ＬＣＤ显示器采用的是ＯＣＭＪ４×８Ｃ汉字图形点阵液晶显示 模块，该模块采用ＳＴ７９２０作为ＬＣＤ显示控制器，内置８ １９２个 中文汉字、１２８个字符及６４×２５６点阵显示ＧＤＲＡＭ，可显示汉字 图８子节点流程图 及图形。 采用ＳＰＩ串行通讯方式，将ＳＴ７９２０ ＰＳＢ接地，ＣＳ，ＳＩＤ，ＣＬＫ 与Ｃ８０５１Ｆ０４０的Ｐ１．０，Ｐ１．１，Ｐ１．２相连构成ＳＰＩ总线。 ３系统软件设计 ３．１系统子节点软件设计 子节点主要功能是实现对现场监测点的酸碱度、温度等环 进入正常工作模式 境参量进行采集，并响应主控节点命令，通过ＣＡＮ总线向主控 （ＣＡＮ初始化完成） 节点发送检测点信息。在软件设计上，子节点采取命令一应答 方式，即等待命令一分析命令类型一发回相应数据。 子节点在上电复位后主要工作为：对系统进行初始化；向 图９ ＣＡＮ初始化流程图 主控节点发出加入请求；主控节点接受请求，并给该子节点一 ３．２主控节点软件设计 个网络编号；等待主控节点命令；根据命令将监测点的相关数 主控节点软件采用事件驱动方式，事件信号由各种中断信 据通过ＣＡＮ总线发送给主控节点。因此，子节点的主要流程软 号产生；ＣＰＵ在进入中断处理程序后，仅仅判断事件类型，设置 件如图８所示。 相应的事件标志位，并不对事件做任何处理；主控节点主程序 其中，系统初始化包括了节点自检、ＣＡＮ通讯初始化、传感 将循环读取事件标志，并转入相应的事件处理程序。表１为系 器初始化、Ａ／Ｄ初始化、妻令 器辜一各种系统标志初始化以及看门狗初始 统中的所有事件。 表１主控节点事件列表 （下转第４９页） 维普资讯 http://www.cqvip.com
第ｌ２期 王兴贵等：基于ＰＩＣ单片机控制的同步发电机励磁电源监控系统 ４９ ０ ’ 电路设计上是完全独立的，不会影响励磁电源主回路的结构， 王 ’ ， ± ● 目前已经在甘肃陇南某水电站投入运行，实践表明该系统运行 ／｜，／＿。 ，＿Ｉ 一－－—一——－１－—－－— ＿一 稳定可靠，具有调节精度高和响应速度快的特点。 ，／ ， 厶士一一厶＋一 参考文献： ～ 。～ — 一 一—— ［１］李基成．现代同步发电机励磁系统设计及应用．北京：中国电力出 ＿ｌ ’～ ｉ 。版社，２００２． 士 。 ： ｉ ［２］陆继明，毛承雄，王丹，等．同步发电机微机励磁控制．北京：中国 ： ．｝ ． 电力出版社，２００５． 图８ ＴＣＡ７８５输入端电压比较图 图９ ＴＣＡ７８５输出脉冲图 ［３］徐国华，宋书锋，吕瑜．基于ＰＩＣ单片机和 ＩＤｃ芯片的智能化磁致 伸缩位移传感器．仪表技术与传感器，２００４（５）：３４—３６． ［４］杨晓林．以ＰＩＣ单片机为核心的电动执行机构控制器．仪表技术 与传感器，２００５（８）：２２—２４． ［５］Ｍｉｃｒｏｅｈｉｐ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．ＰＩＣ１６Ｆ８７Ｘ数据手册．北京：北京航空航 天大学出版社，２００１． ［６］张艳荣，杨玉峰．用ＶＢ实现Ｐｃ机与单片机的通讯．计算机应用， １９９９，１９（１１）：４２—４４． ［７］刘和平．ＰＩＣ１６Ｆ８７Ｘ单片机实用软件与接口技术．北京：北京航空 航天大学出版社，２００２． ［８］朱建平，辛伊波．工业控制系统串行异步通信研究．自动化仪表， 图ｌＯ整流器输出波形图 ２００３，２４（６）：５１—５３． ６结束语 作者简介：王兴贵（１９６３一），教授、硕士研究生导师，研究方向为电气自 自励恒压同步发电机励磁电源实时运行状态监控系统在 动化。Ｅ—ｍａｉｌ：ｍ＇ｎｚ １６＠１６３．ｅｏｍ （上接第４１页） ３．３上位机监控系统设计 主控节点有２种工作模式。一种是系统中存在上位机， 上位机监控系统基于ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ设计，可以实现同时对 上位机作为命令发出点，主控节点处于被动控制模式。此时， ６４路数据进行采集、存储，并设计了图形化的监控显示。监控 主控节点的工作是通过ＲＳ一２３２接收上位机命令，分析命令 系统功能包括：向主控节点发出联机或脱机命令，切换节点工 的目的节点，并将命令通过ＣＡＮ网络发送给目的节点；同时， 作状态；定时发送节点查询命令，查询子节点工作状况，更新系 主控节点检测ＣＡＮ网络上的节点数据，将节点发出的数据通 统节点表；根据用户需要，定时向监控节点发送读取命令．取得 过ＲＳ一２３２发送给上位机；重复以上流程直到工作方式发生 节点的监控数据，并保存数据，形成监控数据文件；以图形化的 改变。在这种方式下主控节点的主要工作流程如图ｌ０所示。 方式显示监控曲线。 上位机系统具有数据分析功能，设计了算法接口；系统用 户可编写自己的算法库，系统可调用用户算法库对采集的原始 数据进行进一步的分析。 ４结束语 基于ＣＡＮ总线网络的现场监控系统已经在制药、食品安全 检测以及食品发酵控制相关的工业现场得到使用。系统数据 通讯非常可靠，并且通过ＣＡＮ中继器可以进一步提高通讯质量 和距离，具有很高的实用价值和发展前景。 参考文献： ［１］Ｃ８０５１ＦＯ４ｘ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ．Ｔｈｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ［ａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ，２００４． ［２］邬宽明．ＣＡＮ总线原理与应用技术．北京：北京航空航天大学出版 图ｌＯ 被动控制状态流程 社，１９９６：８０—１５３． ［３］蔡华锋，廖冬初，潘健，等．Ｃ８０５１Ｆ０４０中ＣＡＮ控制器的应用．单片 当系统中不存在上位机或上位机发出脱离系统命令后，主 机与嵌入式系统应用，２ＯＯ５（１）：５５—５８． 控节点进入主动控制工作模式。在这种状态中，命令发送者为 ［４］邓立康，董桂菊．基于ｃＡＮ总线的多点通讯系统．东北农业大学学 主控节点，主控节点可通过定时器事件轮循查询各节点工作状 报，２００６，３７（６）：８４７—８４９． 态；响应键盘事件，并根据用户输入的命令向目标节点发出命 ［５］包秀荣，自凤山．基于ＣＡＮ总线的液位数据采集传输系统设计．内 令或打印相应子节点的数据；通过ＬＣＤ显示子节点工作状态。 蒙古大学学报：自然科学版，２ＯＯ６，３７（６）：６７９—６８４． ２种工作模式间可以通过上位机发出命令、用户通过键盘 作者简介：章磊（１９８１一），硕士，助工，研究方向为嵌入式系统与智能仪 输入命令以及主控节点查询上位机工作状态异常（如在被动状 器仪表。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｌｅｉ＠ｎｊｕｅ．ｅｄｕ．ｃｎ 态中，上位机长时间没有命令）等几种方式切换。
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