基于AT89C52的CAN總線無功補償控制設計

1 引言

根據資料統(tǒng)計，輸電線路、高壓配電網、低壓用戶三個部分的線損中，低壓用戶線損最大，因此，降損節(jié)能應主要圍繞低壓380V用戶進行。長期以來，我國低壓配電網網架薄弱，自然功率因數低，而且結構復雜，降低了電網的經濟效益。目前，電力部門一般采用就地無功補償的方法解決這一問題。目前市場上所投入使用的低壓無功補償裝置有很多種，但大部分補償單元基本上都是由主控制器的CPU直接驅動的，系統(tǒng)有多少組電容器，就會從CPU引出相應路數的線，從無功補償器引出的線路很多，同時傳輸距離也很有限。這給安裝、檢修、維護和擴展帶來了極大的不方便。

CAN(Controller Area Network)總線屬于現場總線的范疇，它是德國Bosch公司從20世紀80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發(fā)的一種串行數據通信協議。CAN總線標準支持全雙工通信，傳輸介質采用雙絞線和光纖，傳輸速率可達1Mbps，節(jié)點數可達110個。其最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進行編碼。其容錯能力和抗干擾能力強，傳輸安全性高、通訊速率快、傳輸距離可達10KM、同時還具有良好的抗電磁干擾能力，因而在實際應用中具有極高的應用價值。我們將CAN總線技術應用低壓無功補償裝置上，可以取得較好的無功補償效果。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 系統(tǒng)硬件總體結構設計

系統(tǒng)硬件總體結構設計原理框圖如圖1所示。控制系統(tǒng)由數據采集單元、中心微處理控制器、CAN總線通信和驅動執(zhí)行單元、輸入鍵盤、顯示單元等部分組成。

圖1 硬件總體結構框圖

控制器的工作原理是：從控制現場傳感器CT、PT送來的電流、電壓信號，經過二次變換，轉換成0~2V，0~5A信號。這些信號再經過處理，使輸入的電壓、電流信號滿足數據采集測量芯片SA9904B的輸入要求。SA9904B把測得的三相電力參數相關值如電壓、有功能量、無功能量、頻率等存在其內部暫存器里。微處理控制器采用的是AT89C52型單片機，通過SPI接口訪問SA9904B內部的24位暫存器，把暫存器的數據根據相應的公式計算就可以得到各相有功功率和無功功率，以及各分相有效電壓和頻率。根據預設的控制策略就可以決定要動作的開關模塊，然后主控制器把要動作的智能投切模塊以及要進行的投切動作以幀的形式送到CAN總線上，相應的智能開關模塊控制電容器的投切。

2.2 CAN總線節(jié)點的硬件設計

節(jié)點是組成CAN總線網絡的基本單位，在本系統(tǒng)中，主控制器和智能投切模塊都可以看作是CAN總線的一個節(jié)點，每一個總線節(jié)點都由微處理器、CAN控制器、CAN驅動器組成，各節(jié)點之間通過總線連接起來。接線示意圖如圖2：

圖2 CAN節(jié)點硬件結構圖

CAN通信接口采用PHILIPS公司生產的SJA1000通信控制器和82C250總線驅動器。82C250是CAN控制器和物理總線間的接口，速率高，并且有過熱保護，它可以提供對總線的差動發(fā)送和接受功能。

2.3通信電路設計

CAN智能節(jié)點結構由3部分組成:微控制器、CAN控制器、CAN收發(fā)器。CAN收發(fā)器負責建立CAN控制器和物理總線之間的連接,控制邏輯電平信號從CAN控制器到達物理總線的物理層,反之亦然。CAN控制器和收發(fā)器分別采用的是PHILIPS公司的SJA1000和PCA82C250。微控制器負責從CAN控制器接受數據,然后進行數據處理,將處理結果通過CAN控制器和CAN收發(fā)器發(fā)送給網絡中其他的節(jié)點。為了增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力,SJA1000的TX0和RX0并不是直接與82C250的TXD和RXD相連,而是通過高速光耦6N137后與82C250相連,從而實現了總線上各個CAN節(jié)點間的電氣隔離。

2.4 安全保護電路設計

單片機微處理器CPU在運行過程中，很可能因受到外界干擾而出現程序“跑飛”或死機。當CPU在掃描工作時間超過正常周期時，需要監(jiān)視控制定時器發(fā)出強行復位信號，將CPU重新拉回初始狀態(tài)，使系統(tǒng)恢復正常。本設計中采用美國XICOR公司的新型產品X5045可編程看門狗，當系統(tǒng)出現故障時，只要其計時的掃描周期達到編程設定的超時極限，或者當電源電壓降到最低轉換點以下時，芯片RESET引腳就會立即輸出高電平復位信號，從而避免了因系統(tǒng)故障、電源通斷、瞬時電壓不穩(wěn)等因素系統(tǒng)安全性能的影響。