上位机CAN智能节点硬件和软件的设计方案(组图)

0 前言

近年来，智能发布技术在中国发展迅速。智能脱扣器的成功应用，使断路器功能更加强大。目前国内外研发生产的智能脱扣器可以显示开关状态、三相电流、电压、功率因数、有功功率等参数。控制器局域网（CAN）可以有效地支持分布式实时控制，具有很高的安全级别，由于其在嘈杂环境中的可靠性、故障状态检测和故障状态恢复能力而被广泛应用于工业控制。场地。因此，国内外大多将成熟的CAN现场总线技术应用到智能脱扣器的通讯中，实现“四遥” 上位机和下位机的功能，即遥测、遥控、遥信和遥调。上位机CAN主要对下位机采集的信号进行监控、调度和管理。上位机作为一个特殊的CAN节点，设计相对复杂。本文将重点介绍上位机CAN智能节点的软硬件设计，以及如何结合CAN总线使用MCGScan上位机软件，即MCGS如何操作CAN总线接口卡。

1 设计原理

电网信号经下位机采集、A/D转换和数据算法程序处理后传送给上位机，必须在上位机上显示，从而实现对各电路工作状态的监控由工作人员进行断路器，通过上位机接口可实现向下位机发送参数指令，实现对下位机的控制。该功能是依靠上位机专用的CAN节点来实现的。

上位机CAN节点设计总体结构如图1所示。在CAN总线网络中，ARM节点作为下位机工作。他们在现场收集数据。采集到的数据需要发送到上位机进行进一步处理。监控软件监控下位机节点的工作状态。上位机作为CAN总线上的一个特殊节点，设计相对复杂。上位机与下位机智能节点的通信是以USBCAN卡为桥梁can上位机软件，即利用CAN卡的OPC接口驱动软件解决CAN总线与PC机之间的通信问题。通过调用CAN卡的动态链接库（.DLL），使用自定义的CAN应用层协议实现与CAN总线应用系统的连接；通过OPC服务器连接的功能接口，调用动态链接库，实现与监控软件的连接。因此上位机的设计主要是利用USBCAN驱动调用USBCAN接口卡提供的动态链接库来达到操作USBCAN接口卡的目的，利用CAN卡的OPC接口驱动软件来实现数据管理人机界面设计。

图1 软件结构示意图。

2 CAN总线上位机节点设计

2. 1 硬件电路设计

一般来说，电脑本身没有CAN接口，所以直接使用电脑和CAN网络是不能互联的。然而，许多工控机在某些应用中仍然离不开CAN-bus。因此，现有的计算机通信接口需要适配CAN-bus接口，所以CAN接口卡在计算机上增加了CAN-bus接口功能。. 通俗地讲，CAN通讯转接卡和计算机组成了一个特殊的CAN节点。本设计采用USBCAN-2A CAN卡，主机通过USB接口控制电路访问CAN控制器，最终完成数据通信。上位机作为CAN节点，接收下位机ARM节点采集的数据，下发一些控制参数给下位机，

USBCAN-2A智能CAN接口卡兼容USB1.1总线，2个CAN接口的智能CAN数据卡，符合CAN2.0B规范，兼容CAN2.0A，其通信波特率符合ISO/IS 11898标准，可通过编程任意设置，范围为5～1000KB/s。组成这个CAN卡的控制器是常用的PHILIPS SJA1000，收发器是PHILIPS PCA82C250。USBCAN-2A接口卡自带电气隔离模块，使USBCAN-2A接口卡避免因接地环流而损坏，增强系统在恶劣环境下的可靠性。

USBCAN-2A卡提供了很多库函数，PC机通过USBCAN-2A接口库函数的操作实现USBCAN-2A接口卡的操作。上位机主要实现CAN卡的初始化和CAN的读写操作。

为了增强CAN通信的可靠性，CAN总线网络的两个端点通常需要添加终端匹配电阻，终端匹配电阻的值由传输电缆的特性阻抗决定。由于双绞线的特性阻抗为120Ω，当CAN-bus网络采用线性拓扑时，总线的两端需要安装120Ω的终端电阻。CAN-bus的连接如图2所示。

图2 CAN-bus 连接图。

USBCAN-2A接口卡没有集成120Ω终端电阻。当 USBCAN-2A 接口卡位于 CAN-bus 网络的一端时，需要在外部端子上安装一个 120 Ω 的终端电阻。连接方法如图3所示。

图 3 USBCAN-2A 位于网络终端时的连接方法。

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