CNA总线原理是什么

现场总线就是用于现场仪表和控制器之问的一种全分散,全数字化,双向智能,多点多站,多变量的通信系统,是用于过程自动化和制造自动化最低层的现场设备或现场仪表互连的通信网络()最初是由德国公司在二十世纪八十年代初期,为了解决汽车中众多控制器与测量设备之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线,属于现场总线的范畴,993年成为国际标准(011898:道路车辆的高速控制器局域网数字交换系统标准)总线是一种有效支持分布式控制系统或实时控制的串行通信网络,是一个多主总线,总线上的各节点都有权随时向其他节点发送信息,总线冲突是通过总线仲裁方式决定占用总线的节点总线通信的传输介质可以是双绞线,同轴电缆或光纤,它可以通过简单的协议,实现在电磁干扰环境下远距离实时数据的可靠传输总线描述的是/七层协议中的第一层和第二层的高速协议总线的规范目前常见的是20和20版本由于总线具有可靠性高,传输速率快,通信距离较远,易于使用,维护和网络扩展,目前已广泛应用于高档汽车(事实上是汽车中各控制部件之间通信的国际标准),火车,船舶,军工电子,医疗器械,农用器械,数控机床,机器人技术等诸多领域2总线的主要特点总线的主要特点如下:(1)总线没有节点数量的限制,是一种多主总线,即总线上任一个节点均可在任意时刻主动向网络上的其他节点发送数据,而不分主从,因而通信非常灵活;总线废除了传统的网络中节点站地址编码(如485,—一1553,它们的站地址由5位编码,因而最多只能有32个网络节点),代之以通信数据块进行编码,使得网络节点数理论上不受限制对于相同功能的控制器,执行器可采用成组方式发送命令;对于功能不同的控制器,传感器,执行器则分别发送相应的命令,接收所需的数据;(2)4总线采用非破坏性的总线仲裁,当多节点同时向总线发送报文()时,优先级低的节点主动停止数据发送(仲裁丢失),而优先级高的节点可以不受影响地八一科技现场总线技术简介3继续发送数据,优先级最高的节点,其数据等等时间小于134,;(3)总线具有点对点,一点对多点,以及全局广播传送数据的功能;(4)总线将业务数据打包成报文发送,报文采用短帧结构,每一个报文的有效字节数最多为8个,保证传输时间短,提高了实时性,减少了受干扰而要求重发报文的几率,而且即使出错,自动重发的时间也很短;(5)总线采用位校验,位填充校验,循环冗余码校验()和数据帧格式校验,数据出错概率一般在仃5以下,有效地保证了数据传输的正确性和可靠性;(6)总线通信能力强,传输距离远,通信速率高最远传输距离可达10,而最高传输速率可达1/;总线系统内任意两个节点间的最大传输距离与传输位速率之间的关系如表1所示袁系统节点传输距离与传输速率关系袁序号位速率(/)最大传输距离()0004025030325270412553506206503∞72033∞8106700950(7)总线中,当节点出现重大故障时,可自动关闭总线,即当某一节点出错次数大于一定数量时,可自动退出总线 *** 作,切断该节点与总线上其他节点之间的联系,使总线上其他节点的 *** 作不受影响,使错误节点对总线的干扰降到最低程度3总线的报文()总线系统中,各节点间以报文方式发送和接收命令或数据总线有四种报文类型,即数据帧,远程帧,出错帧和过载帧,每种帧有其相应的帧格式其中与应用层关系最密切的是数据帧和远程帧31数据帧数据帧用于在发送节点到接收节点间传送数据,数据报文格式如图所示一个数据帧由7个"场()"组成:14现场总线技术简介八一科技1,34567一帧起始仲裁场控制场数据场校验场应答场帧结束帧起始(,,):由1个…0'位组成(在总线上为显性位),标志一个数据帧或远程帧的开始节点只有在总线空阑时才能开始传输,接收节点必须同步于帧起始位的下降沿;2,0110[卫[[020[29)●●11'1181日_1日40'图总线数据报文格式仲裁场(,):由报文标识符(,11/29)和1位(0)位组成报文标识符的位数因报文格式的不同而不同;仲裁场数据位的二进制数值越小,表示该报文的优先级越高位用来表示接收节点要求远程发送节点向它发送报文时用若为(隐性位)表示该报文无数据场,而不管控制场中的数据长度码的数值为何此时所有其它节点都可以检测网络中是否有相应的发送节点请求报文和可能的响应报文是两个完全不同的报文帧;控制场(,):包含2个备用位(1,)和4位数据长度码(4)若第1位()为0(显性位),表示报文无其它的标示位(标准报文格式),若为1,标示还有其它标识位(即扩展报文格式)0位为保留位数据长度码的二进制数值就是报文中数据场所包含的字节数数据场(,):数据场中包含的就是报文作要传送的数据数据场中的数据个数与控制场中的数据长度码的二进制数值相同数据场中的数据字节的个数最多为8个校验场(,):0总线协议中采用循环冗余方式对接收报文的正确性进行检验,校验中包含有5位序列和位界定符(,"1",隐性位)校验码只用于检测发现错误,而不能校正错误校验码的哈明距离()为6,因而可以检测出分散的6位错误,或检测出连续的15位错误应答场(,):包含应答间隙和应答界定符各1位发送节点发送的应答间隙和应答界定符皆为1(隐性位,),总线上所有收到正确报文的控制器将应答场的应答间隙由"1"(隐性位)改写为…0'(显性位,),发送节点0八一科技现场总线技术简介5借此确认它已正确发送完一个报文若报文有误,或因优先级低,仲裁时退出,发送节点将在总线空闲时重发报文需要说明的是当发送节点检测到正确的应答场的显性应答间隙时,不能保证接收节点应用程序已经正确收到报文,而只能说明数据报文已经正确地发送到总线上

《HTML5 WebSocket权威指南》（Vanessa Wang）电子书网盘下载免费在线阅读

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书名：HTML5 WebSocket权威指南

作者：Vanessa Wang

译者：姚军

豆瓣评分：70

出版社：机械工业出版社

出版年份：2014-3

页数：193

内容简介：

《HTML5 WebSocket权威指南》是HTML5 WebSocket领域最权威的著作之一，它系统、全面地讲解了HTML5 WebSocket的各个方面，是Web开发人员和架构师学习WebSocket的最佳选择。书中讨论了基于WebSocket的架构师如何减少不必要的网络开销和延迟层，如何通过WebSocket对广泛使用的协议（如XMPP和STOMP）进行分层，如何保护WebSocket连接和在企业部署基于 WebSocket的应用程序。主要内容包括： WebSocket API和协议、WebSocket协议通信的例子、WebSocket的安全性和企业部署、内置即时通信和聊天应用程序的WebSocket与XMPP、通过WebSocket的STOMP实现发布/订阅消息传递协议，以及用远程帧缓冲协议实现VNC。

作者简介：

vanessa wang，html5领域的布道者和实践者，热衷于html5和websocket的研究，是旧金山html5用户组的联合组织者，负责组织html5和相关技术的社区活动．vanessa目前是kaazing公司的技术出版经理，15年来一直坚持撰写技术文章。kaazing是一家软件公司，旨在使用新的websocket标准改进企业和客户通过web通信的方式。写作之余，她喜欢打跆拳道、骑自行车和拉大提琴。

frank salim，google公司资深软件工程师，拥有pomona学院的计算机科学学位。曾经是kaazing公司最早的工程师之一，协助建立了websocket网关和客户端策略。2010年，frank与人合著了《pro html5 programming》(apress)一书。编程之余，他喜欢阅读、绘画和单排轮滑。

peter moskovits，kaazing公司实时解决方案负责人。peter与架构师和开发人员社区紧密协作，构建和部署最好的web解决方案。在加入kaazing之前，peter担任过多种产品的管理工作，并曾经负责oracie的门户产品策略．peter经常在会议和业界活动上发表演讲，包括goto、yow!、javaone、oracle openworld、html5deconf、devcon5和各种用户组会议。他还是《oracle webcenter 11g handbook》的合著者。

MirrorLink

MirrorLink由车联网联盟（Car-Connectivity-Consortium，CCC联盟）在2011年9月份正式规范命名的（此前叫做Terminal Mode）， 其目的在通过跨产业合作打造无缝隙的车内通讯环境，让智能手机、平板电脑、电子书等各式移动终端都能通过该标准，便捷而且迅速地与车载信息娱乐系统互联使用，为使用者提供最简单而直接的体验。

MirrorLink包括用户移动设备（ML服务器）和车载系统（ML客户端），还有应用程序（ML APP）。在MirrorLink运行的环境下，移动设备上的程序和服务将会被复制到汽车环境，界面和音频也将同步到车载系统，并通过车载屏幕和音响显示和播放，同时，车载触摸屏、按键、麦克风也可以通过触控或音控去访问移动设备上的这些程序和服务。

MirrorLink除了ccc定义的鉴权部分，没有新的底层技术和标准，只是结合了多种现有技术（Virtual Network Computing (VNC，核心协议)，IP，USB，Wi-Fi，Bluetooth HFP/A2DP，Real-Time Protocol (RTP)，Universal Plug and Play (UPnP)，NFC等）来满足各种可能的车内使用情境， 包括以虚拟网络运算进行画面显示与用户指令输入、通过通用随即随插寻找对应的设备与完成正确的设定配置， 运用蓝牙和实时传输协议执行声音串流等。

象百度CarLife就使用了mirrorlink作为底层框架，Android Auto和苹果CarPlay的功能也类似（因为两者采用半开放和不开放方式，底层使用了哪些协议未知）。

MirrorLink整体架构如下图所示：

MirrorLink的协议栈

连接协议，包含以IP为基础的有线（USB）或者无线（Wifi或蓝牙）甚至NFC的面向连接的服务和无连接的服务，用于传输数据和音频。以及专用的蓝牙连接方案用于传输电话音频和应用音频。

UPnP的服务协议，主要为ML服务器和客 户端之间提供广播机制， 通知ML客户端此时服务器上的应用程序列表，并对它们进行 *** 作（开启、终 止、报告它们的状态等）。

VNC协议，复制ML服务器的显示内容到ML客户端，并将MK客户端的控制信息反馈给ML服务器。包含RFB（远程帧缓存）协议和控制事件 的传输， RFB协议是基于TCP/IP或UDP/IP协议的基础之上的，用于传输帧缓存内的数据，并提供压缩 技术。

传输音频的协议，主要有RTP协议，蓝牙的HFP和A2DP，主要用于移动设备的电话和应用程序的音频传输。

安全机制协议，用于MirrorLink的认证和保密。

MirrorLink的版本当前已发布到12，新的版本还在讨论中，整个协议栈如下图所示：

Miracast

Miracast作为DLNA、Airplay更简化和显示升级的新技术，更高的传输速率和更好的匹配也完全可能替代MirrorLink（缺点是只能单向控制，需要增加其他手段实现双方控制）。

Miracast基于WiFi联盟的WiFi-Direct协议（两个wifi设备可以直接进行连接，无须经过AP），发送者叫Source方，接收者叫Sink方，连接方式如下图所示：

Miracast底层为WiFi驱动，上面带IP、UDP、RTP协议，再上面为H264 TS码流（未来不排除采用H265这个更高效的码流协议），下图为NVidia公司的Miracast实现协议栈：

总结

MirrorLink和Micacast家族到底哪种方式会占主流，让我们拭目以待。当然随着带3G、4G、5G通信协议的车机崛起，也许MirrorLink和Micacast在车机上都会退出历史舞台。不过现在仍有了解他们的必要。

随着集成电路和嵌入式电脑在汽车上的广泛应用，现代汽车上的电子控制器的数量越来越多，常见的有发动机的电子燃油喷射装置、防抱死制动装置（ABS）、安全气囊装置、电动门窗装置、主动悬架等。电控系统的增加虽然提高了轿车的动力性、经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性，增加了维修的难度。从布线角度分析，传统的电子气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然造成宠大的布线系统。因此，一种新的概念——汽车上电子控制器局域网络CAN，也就应运而生。为使不同厂家生产的零部件能在同一辆汽车上协调工作，必须制定标准。按照ISO有关标准，CAN的拓扑结构为总线，因此称为CAN总线。CAN总线被设计作为汽车环境中的微控制器通信，在车载各电子控制装置ECN之间交 换信息，在车载各电子控制装置ECN之间交换信息，形成汽车电子控制网络。

控制器局域网CAN（Controller Area Network）是一种多主方式的串行通信总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。CAN在汽车上的应用，具有很多行业标准或者是国际标准，比如国际标准化组织（ISO）的ISO11992、ISO11783以及汽车工程协会（Societyof Automotive Engigeers）的SAE J1939。CAN总线已经作为汽车的一种标准设备列入汽车的整车设计中。

CAN总线简介

CAN通信协议规定了4种不同的帧格式，即数据帧、远程帧、错误帧和超载帧。基于以下几条基本规则进行通信协调：总线访问、仲裁、编码/解码、出错标注和超裁标注。CAN遵从OSI模型。按照OSI基准模型只有三层：物理层、数据链路层和哀告层，但应用层尚需用户自己定义。CAN总线作为一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络。如：CAN在汽车中的发动机控制部件、ABS、抗滑系统等应用中的位速率可高达1Mbps。同时，它可以廉价地用于交通运载工具电器系统中，例如电气窗口、灯光聚束、座椅调节等，以替代所需要的硬件连接。其传输介制裁为双绞线，通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/5kbps，挂接设备数最多可达110个。CAN为多主工作方式，通信方式灵活，无需站地址等节点信息，采用非破坏性总线仲裁技术，满足实时要求。另外，CAN采用短帧结构传输信号，传输时间短，具有较强的抗干扰能力。

CAN总线与其它通信协议的不同之处主要有两方面：一是报文传送不包含目标地址，它是以全网广播为基础，各接收站根据报文中反映数据性质的标识符过滤报文，其特点是可在线上网下网、即插即用和多站接收；另外一个方面就是特别强化了数据安全性，满足控制系统及其它较高数据要求系统的需求。

在现代汽车的设计中，CAN总线已经成为构建汽车网络的一种趋势；而汽车网络作为直接与汽车内部各个ECU连接并负责命令的传递、数据的发送及共享，其可靠性和稳定性与整车的性能紧密相关。本文的设计开发是在基于试验条件下搭建的仿真平台，节点之间的通信是通过对等的CAN通信节点进行的。试验表明其运行性能稳定可靠，但实用化仍需要进一步的研究和改进，且程序的通信处理能力、纠错和容错能力有待进一步的提高

比如:

把CAN总线融合到嵌入式平台中，在其ARM-EP9315和ARM-S3C2440嵌入式平台上都做到了CAN总线功能的实现!ARM嵌入式控制平台，具有开放、集成度高、尺寸小、可扩展性强、低功耗等特点，非常适合与数字家电、车载设备、通信终端、网络设备等的应用。如今有了CAN总线的实现，使其在此方面的应用更为有效！

基于单片机AT89C52的CAN总线分布式测控系统的研制

1 CAN总线网络的技术特点[1][2]

用通讯数据块编码，可实现多主工作方式，数据收发方式灵活，可实现点对点、一点对多点及全局广播等多种传输方式；可将DCS结构中主机的常规测试与控制功能分散到各个智能节点，节点控制器把采集到的数据通过CAN适配器发送到总线，或者向总线申请数据，主机便从原来繁重的底层设备监控任务中解放出来，进行更高层次的控制和管理功能，比如故障诊断、优化协调等；

采用非破坏性基于优先权的总线仲裁技术，具有暂时错误和永久性故障节点的判别及故障节点的自动脱离功能，使系统其它节点的通信不受影响；同时,CAN具有出错帧自动重发功能，可靠性高；

信号传输用短帧结构（8字节），实时性好；

不关闭总线即可任意挂接或拆除节点，增强了系统的灵活性和可扩展性；

采用统一的标准和规范，使各设备之间具有较好的互 *** 作性和互换性，系统的通用性好；

通讯介质可采用双绞线，无特殊要求；现场布线和安装简单，易于维护，经济性好。

总之，CAN总线具有实时性强、可靠性高、结构简单、互 *** 作性好、价格低廉等优点，克服了传统的工业总线的缺陷，是构建分布式测控系统的一种有效的解决方案。

2系统总体硬件设计方案

首先，定义各节点的功能，确定各节点检测或控制量的数目、类型、信号特征。这是进行微机测控系统网络化的第一步。原则是尽量避免重复测试。智能节点模块绝大部分是输入输出模块，调节回路可以跨模块构成回路。但考虑到调节回路的安全性，为了保证在上位机或整个通信线路出现重大故障时回路调节不受到影响，设计了隔离型、自整定PID、隔离型温度调节器等带有调节功能的模块。它们的输入输出通道都在同一模块中，其底层软件的功能很强，所有的输入处理、输出增量的计算（多种调节算法可通过组态选择，包括串级调节）、输出，包括自整定模块的过程参数的自动识别都在本模块实现，保证了调节回路的安全性、可靠性。

其次，选择各节点控制器和相应的CAN适配元件。由于各测控节点功能相对单一，数据量少，因此对CPU的要求大大降低，采用8051系列单片机即可满足要求。CAN 总线适配器件主要有：控制器接口、总线收发器和I/O器件。采用Philips公司生产的82C200CAN控制器和与其配套的82C250CAN收发器。82C200具有完成高性能通信协议所要求的全部必要特性。具有简单总线连接的82C200可完成物理层和数据链路层的所有功能。

最后，按照CAN总线物理层协议选择总线介质，设计布线方案，连接成CAN总线分布式测控网络。如图1所示。

3系统的硬件组成[3][4][5]

(1)CAN总线接口模块

① 微处理器

目前广泛流行的CAN总线器件有两大类：一类是独立的CAN控制器，如82C200，SJA1000及Intel 82526/82527等；另一类是带有芯片CAN的微控制器，如P8XC582及16位微控制器87C196CA/CB等。根据当前市场、开发工具和课题的实际需要，系统的智能节点均选用ATMEL 8位单片机AT89C52为微处理器。

② CAN控制器

CAN控制器选用SJA1000作为控制器。SJA1000是高集成度CAN控制器。具有多主结构、总线访问优先权、成组与广播报文功能及硬件滤波功能。输入时钟频率为16MHh时钟,输出可编程控制。由以下几部分构成：接口管理逻辑、发送缓存器、接收缓存器、位流处理器、位定时逻辑、收发逻辑、错误管理逻辑、控制器接口逻辑等。

SJA1000有很多新功能 ：标准结构和扩展结构报文的接受和发送；64字节的接收FIFO；标准和扩展帧格式都具有单／双接收滤波器；可进行读／写访问的错误计数器；可编织的错误报警限制：最近一次的错误代码寄存器；每一个CAN总线错误都可以产生错误中断；具有丢失仲裁定位功能的丢失仲裁中断；单发方式（当发主错误或丢失仲裁时不重发）；只听方式（监听CAN总线，无应答，无错误标志）；支持热插拔（无干扰软件驱动位速率监测）。因此，系统的智能节点均选用SJA1000作为CAN控制器。

③ CAN总线收发器

CAN总线收发器选用PCA82C250作为总线收发器。 PCA82C250是CAN 协议控制器和物理总线之间的接口。82C250 可以为总线提供不同的发送性能，为CAN 控制器提供不同的接收性能。而且它与“ISO 11898”标准完全兼容。PCA82C250的目的是为了增大通信距离，提高系统的瞬间抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰（RFI）实现热防护等。为了进一步提高抗干扰措施，在两个CAN器件之间使用了由高速隔离器件6N137构成的隔离电路。 CAN器件与微处理器的硬件连接如图2所示。

硬件电路的设计并不太困难，但有几点应引起注意：

总线两端两个120Ω的电阻，对于匹配总线阻扰，起着相当重要的作用。忽略掉它们，会使数据通信的抗干扰性及可靠性大大降低，甚至无法通信。

82C50第8脚与地之间的电阻Rs称为斜率电阻，它的取值决定了系统处于高速工作方式还是斜率控制方式。把该引脚直接与地相连，系统将处于高速工作方式，在这种方式下，为避免射频干扰，建议使用屏蔽电缆作总线；而在波特率较低、总线较短时，一般采用斜率控制方式，上升及下降的斜率取决于民的阻值，实验数据表明15~200kΩ为Rs较理想的取值范围，在该方式下，可以使用平行线或双绞线作总线。

SJA1000的TX1脚悬空，RX1引脚的电位必须维持在约05Vcc上，否则，将不能形成CAN协议所要求的电平逻辑。如果系统传输距离近，环境干扰小，可以不用电流隔离，这样可直接把82C250的VREF端（约为05 Vcc）与RX1脚相连，从而简化了电路。

在系统中，SJA1000的片选信号一般由地址总线经译码获得，并由此决定出CAN控制器各寄存器的地址。实际应用中，采用单片机AT89C52的P27为片选信号。所以，SJA1000的地址为：7F00~7F32H。

当上电复位时，AT89C52的上电复位，需要从低到高的电平变化来激活，而SJA1000的17脚RST被激活，需要出现一个由高电平到低电平的跳变，因此，这必须加一个反相器。

(2)数据采集模块

数据采集模块用来将各类传感器的数据传送到CAN总线上。整个电路包括：看门狗X5045，单片机89C52，锁存器74LS373，A/D转换器ADC0809以及CAN控制器SJA1000和收发器82C250。电路板如图3。

数据采集模块的工作原理：各类传感器采集到数据后将0—5V的模拟量传送到ADC0809，0809将转换成的数字量传给89C52，最后单片机将采集到的数据送到SJA1000通过CAN总线收发器82C250传上总线，完成数据采集工作。

(3)控制模块

是一个带有CAN通信功能的隔离型控制器。该模块有一个数据输入点，可以是命令或其他信号，有一个模拟量输出，供输出执行机构是连续变化的控制系统使用，例如控制步进电机；还有一路是数字量输出，供执行机构是两位式的控制系统使用，例如开关设备。这个控制器可以单独作为一个调节器使用，因为在该模块上提供了完整的显示窗口和 *** 作按钮，可以设定温度设定值、PID调节参数等运行过程中可以显示被控对象的PV值和SV值。该模块可以根据设定的控制点及升、降的时间实现自动调节。带有CAN通信口，可以与微机实现通信，也就是说控制模块可以接入CAN 网络系统。通过上位机实现对多个节点上的控制模块设定各控制点的上下限控制点、PID值、实现时间等控制参数，并实时记录各控制器的测量值，描绘出变化曲线，供实验人员对实验结果进行分析。如图4所示。

4系统软件设计

(1)CAN 总线通讯模块

CAN总线测控系统的通信软件分为3部分：CAN初始化、数据发送和数据接收。

① CAN初始化

其主要是设置CAN的通信参数。需要初始化的寄存器有：模式寄存器（Peli CAN模式）、时分寄存器、接收代码寄存器、屏蔽寄存器、总线定时寄存器、输出控制寄存器等。需要注意的是，这些寄存器仅能在复位期间可写访向，因此,在对这些寄存器初始化前，必须确保系统进入了复位状态，并且系统中各CAN控制器的总线定时寄存器的初始化字必须相同。

② 数据发送

现场的各传感器把环境多参数的检测信号（数字量、模拟量、开关量）进行转换处理后，发向CAN控制器的发送缓冲区，然后启动CAN控制器的发送命令，此时CAN控制器将自动向总线发送数据，不再需传感器的微控制器进行干预。若系统中有多个传感CAN控制器同时向总线发送数据，则CAN控制器通过信息帧中的标识符来进行仲裁，标识符数值最小的CAN控制器具有对总线的优先使用权。

③ 数据接收

整个温室微机测控系统中的CAN控制器检测到总线上有数据时会自动接收总线上的数据，存入其接收缓冲区，并向89C52微控制器发送接收中断，启动中断接收服务程序，89C52通过执行中断接收服务程序，从CAN控制器的接收缓冲区读取数据，并对其进行进一步处理工作。

(2)监控模块

集成了所有的数据采集、参数设定、数据统计分析等功能。同时，为了实现 *** 作人员对生产过程的人工干预，如修改给定值、控制参数和报警限等，添加了参数的修改功能；为了建立人机信息联系，并且能将各节点传输来的数据以图形、图表或其它动态方式显示出来，本系统可以使用任何具有DDE（Dynamic Data Exchange）接口的MMI（Man-Machine interface）软件；为了更好的管理各种数据，采取了组态控制方式，能够接收来自MMI软件以及用户软件的DDE连接请求，并将该请求传递给通信驱动部分，由通信驱动转换为通信信号通过传输媒体传递给智能模块的固化软件。并将模块的应答作为DDE *** 作的结果返回给MMI软件及用户软件。

5 结论

将先进的现场总线技术（CAN BUS）应用于智能测控系统，大大提高了系统的可靠性；自主开发了符合国际标准的基于单片机的智能节点，不仅大量节约了资金，而且可以购置通用的同类设备，可节约大量的研发费用；基于工控机的上位机提供了良好的人机界面，使 *** 作更加方便，直观。

总线式低压断路器新型智能控制器的研制

引言

智能断路器是一种将计算机技术、数字处理技术和信息技术引入传统开关设备中发展起来的新一代开关电器。智能断路器的控制器是实现智能 *** 作的核心部件，其基本任务是通过对电网参数的采集和处理，给出相应的控制信息。此外，智能控制器通过现场总线可以和计算机连接，实现断路器间的联网通信以及进行远程监控管理。近年来，由于嵌入式系统的使用越来越成熟，其中us/OS-II 嵌入式 *** 作系统由于源代码公开化，内核体积小，可移植性好等原因，受到了广泛的应用。本文采用了TI 公司的DSP 芯片TMS320LF2407A 作为嵌入式系统硬件，设计了低压断路器的智能控制器，同时，将us/OS-II 嵌入式 *** 作系统移植到DSP 芯片中，提高了系统的运行效率和可靠性。现场试验表明，该控制器可靠性高，试验结果达到预期的设计要求，具有广阔的应用前景。

1 us/OS-II 嵌入式 *** 作系统

嵌入式系统是被内部计算机控制并执行专用功能的设备或系统， *** 作系统以及应用软件都集成于计算机硬件系统之中，即应用软件和系统硬件一体化，嵌入式系统具有软件代码少，高度自动化，响应速度快等特点，特别适合于要求实时性高和多任务处理的情况。

us/OS-II 嵌入式 *** 作系统是一个完整的、源代码公开的、可移植的、固化的、可裁剪的占先式实时多任务内核，它是一种不可剥夺型内核，在任务调度时须预先设定任务的优先级。us/

OS-II 包括以下几个部分：内核管理、任务管理、时间管理、事件控制块、信号量管理、邮箱管理等。

us/OS-II 中创建的任务有5 种状态，分别是：睡眠态、等待态、就绪态、运行态、中断服务态。us/OS-II 是占先式内核，每个任务都要设置优先级，优先级最高的任务可以先进入CPU 运行，其它任务只能先在就绪状态中等待。us/OS-II 最多可以创建多达64 个任务(实际可以使用的是56 个，因为前4 个和后4 个任务优先级被保留做系统升级用)。

2 嵌入式系统的硬件设计

21 智能控制器总体结构及工作原理

智能控制器硬件系统的总体结构如图1 所示。该控制器的主要任务是采集电网的电流和电压信号，经过信号采样电路处理后，使信号变换成DSP 的标准输入电压0 到33V，DSP 通过对采集信号的分析比较，做出正确的判断，发出动作指令，从而实现线路的过载、短路、接地等故障的保护，并通过Profibus 总线发送和接收监控计算机的相关数据，实现远程监控管理。系统主要有DSP 及其外围电路、A/D 信号采集与处理电路，液晶显示电路，电源，脱扣电路等部分构成。DSP 的外围电路主要包括晶振、滤波回路、片外RAM 和一些门电路。

22 TMS320LF2407A 芯片及其开发环境CCS22 简介

TMS320LF2407A 是基于控制应用而设计的，它将高性能的DSP 内核和丰富的微控制器外设集成于单片中，从而成为传统的微控制器的理想替代。TMS320LF2407A 控制器的外设包括：

事件管理器、网络接口、A/D 通道模数转换、SPI 串行外设接口、SCI 串行通信接口、通用双向I/O 引脚。CCS22 是CCS 系列中的最新版本，有很多既方便又强大的功能。包括：支持同时载入多个工程文件；加强了编译器功能，对语法的检查更加严格；通过建立库工程，支持编译函数文件成为库文件等。

23 信号采集电路

本设计采集的信号是四路电流和三路电压信号，电压和电流信号都是经过互感器形成的二次侧感应电压。经滤波隔离放大之后形成适合A/D 转换的电压范围，7 路信号经处理后送到

多路电子开关。由于DSP 本身具有A/D 转换器，所以只需通过DSP 控制电子开关选通所需的各路信号，即可完成对多路信号的采集。

DSP 的A/D 转换精度为2-10，完全能够满足实时采集和高精度要求。设计中利用定时中断方式进行采样，要求每1ms 就在3 路电压和4 路电流信号上各采集一点。

24 Profibus-DP总线接口模块

在Profibus-DP总线通信过程中，主站循地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。同时，数据的通信是通过主站和从站的监控功能进行监控的。

本系统选用了5I系列单片机DPC932AI来实现Profibus总线通信。由于单片机LPC932AI上安装有增强型Profibus总线通信。由于单片机通过通过软件来模拟Profibus现声场总线协

议。LPC932AI指令执行时间只需167ms，增强型的UART波特率可以使数据在Profibus-DP总线传输中高达500Kb/s。它允许高述度周期性的数据通信，因此特别适用十对时间要求苛刻的场合。

Profibu-DP接口模块见图2，电路主要由三部分组成：模拟总线协议处理微控制器LPC932AI、高速光电耦合器6N137和RS485收发器SP3485。

了增强Profibus-DP 总线节点的抗干扰能力，LPC932A1的TXD 和RXD 并不是直接与RS-485 收发器SP3485 的TXD和RXD 相连，而是通过高速光电耦合器6N137 后与SP3485 相连，这样能很好地实现总线上各Profibus-DP 节点间的电气隔离。其中光耦部分电路所采用的2 个电源VCC 和VPP 必须完全隔离，虽然增加了节点的复杂性，但是却提高了节点的稳定性和安全性。连接至SP3485 上A 引脚的上拉电阻和连接至B引脚的下拉电阻用于保证无连接时的SP3485 芯片处于空闲状态，提供网络失效保护，以提高RS-485 节点与网络的可靠性。

3 嵌入式系统的软件设计

31 us/OS-II 在2407 上的移植us/OS-II 在2407 实现移植是嵌入式系统软件设计的关键所在， 根据嵌入式实时系统的实际需要， 对OS_CPUH，OS_CPU_AASM，OS_CPU_CC 文件进行编写，对OS_CFGH 配置的正确设定，如对最低优先级OS_LOWEST_PRIO、最多任务控制块OS_MAX_EVENTS、最多任务数OS_MAX_TASKS 进行设置，对需要使用的功能进行选择置位。

OSStartHighRdy()控制最高优先级任务的运行，OSCtxSw()用来实现中断服务子程序、陷阱或异常处理程序的任务切换，OSTickISR()用来实现时钟节拍功能。

将各种函数编写好以后，装载入2407 或外部RAM 中，进行成功移植后，即可在此基础上进行嵌入式系统的软件开发。

32 智能控制器软件设计

智能控制器系统软件设计主要有两部分：主程序和中断程序，中断程序包括定时器采样中断、延时保护处理中断和通讯中断,其中定时器中断优先级高于通讯中断,以保证定时采集数据并进行相关处理。

软件采用了汇编语言和高级语言混合编制而成，按功能可分为两类：一类是执行软件,完成各种实质性的功能,如测量、计算、显示等；另一类是监控软件,采用了模块化设计技术,便于系统功能扩展和提高程序的可靠性、可维护性，为实现智能控制器的测量、保护、监控和通信等功能,设计了一种多任务 *** 作系统。

主程序流程如图3 所示。其中主要功能如液晶显示、保护算法、滤波算法、有效值计算、通信的发送和接收、键盘输入设置参数等，由于实时性要求不高,用主循环依次实现。对于实时性要求较高的程序,比如A/D 采样转换程序和瞬动保护判断程序，采用了汇编语言编程,这样可以加快相关代码运行的速度,提高系统运行的效率。利用DSP 的A/D 转换器，每隔1 ms 采样1 次,完全可以满足实时性要求，定时采样中断程序流程如图4所示。

智能控制器通过定时采样中断和计算获取主线路的信号,比较是否达到或超过短路瞬时整定值、短延时整定值、过载长延时整定值，作出相应的分断命令。

3．3 上位监控软件

设计中,智能断路器与上位机之间的通讯采用多主方式,即网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息,目的是使智能节点不仅能响应上位机进行数据传输,而且能够定时或在智能节点出现异常时能够及时主动地向上位机传送相关信息。上位机采用VB 编程实现了以下功能:实时接收智能断路器上传的数据, 包括正常情况下的定时发送和异常情况下的实时发送；随时读取下位智能断路器的数据,即工作人员可从上位监控机上根据需要随时向下位智能节点发送远程帧,索取相关数据；具有在线远程设置相关参数及远程控制断路器的分、合闸。即实现“四遥”功能。

4 试验和总结

设计的样机在企业试验站进行了现场调试、试验，如保护特性的测试、上位机和控制器之间的通信以及液晶显示、测量等，做了大量的运行试验，取得很好的结果。试验表明：设计的

智能控制器实现了测量、保护、通信和监控等功能，实时性好，指标达到预期要求。

本文的创新点在于：基于DSP 的新型智能控制器，不仅运行可靠，实时性强，精度高，电磁兼容性好，而且由于采用了us/OS-II 嵌入式实时 *** 作系统，提高了DSP 的运行效率和控制器的可靠性。同时，本文也为us/OS-IIus/OS-II 嵌入式 *** 作系统在电力系统领域的应用开辟了新的空间。

该样机已通过验收，预计每年可产生经济效益100 万元。

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