基于CAN總線的智能饋線終端的研究
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開關量輸入輸出控制部分
F040共有P0~P7共8組64個端口，且每個端口都是可位尋址的。有了這樣充足的端口，我們可以很方便地連接相應的開關量而不需外擴端口。端口并不直接與相關的開關直接相連，而是通過相應的光耦，這樣做的目的是為了防止電網串入的瞬時干擾。F040定時對開入開關進行檢測，并將相應的值經由CAN總線傳入配電子站，即可實現(xiàn)遙信功能。接收配電子站發(fā)出的開出開關的控制信號控制相應開關的開合，實現(xiàn)相應的遙控功能。
測頻部分
利用F040內部的硬件資源我們可以很方便地對交流工頻信號進行測量。具體實現(xiàn)方法為取一路交流電信號，經過相應的限幅處理后，送入F040片內的電壓比較器后，得到方波信號。F040片內的電壓比較器可以調整回差電壓，通過對回差電壓的調整即可實現(xiàn)遲滯電壓的比較功能，用于消除輸入信號在過零點可能出現(xiàn)的抖動現(xiàn)象。電壓比較器輸出的方波信號連接到F040的片內PCA（可編程計數(shù)器陣列）的一個捕獲/比較單元，捕獲/比較單元工作在上跳沿捕獲方式，每次檢測到上跳沿將引起一個中斷，同時產生一次捕獲，將此時PCA計數(shù)器的值送入該捕獲/比較單元的捕獲寄存器中。我們在中斷服務子程序計算兩次捕獲的PCA0計數(shù)值之差即對應交流工頻的周期。PCA計數(shù)器選擇與定時采樣計數(shù)器相同的時基，所以只需將此計數(shù)值除以采樣次數(shù)就可作為定時采樣計數(shù)器的重裝值用于下一次交流采樣。
CAN總線通訊部分
F040中內置CAN總線協(xié)議控制器，只要外接總線驅動芯片和適當?shù)目垢蓴_電路就可以很方便地建立一個CAN總線智能測控節(jié)點。本設計中采用PHILIP公司的TJA1050T CAN總線驅動器。CAN總線通信硬件原理圖如圖3所示。
圖中F040 的CAN信號接收引腳RX和發(fā)送引腳TX并不直接連接到TJA1050T的RXD和TXD端，而是經由高速光耦6N137進行連接，這樣做的目的是為了實現(xiàn)CAN總線各節(jié)點的電氣隔離。為了實現(xiàn)真正意義上完全的電氣隔離，光耦部分的VA和VB必須通過DC-DC模塊或者是帶有多個隔離輸出的開關電源模塊進行隔離。為防止過流沖擊，TJA1050T的CANH和CANL引腳各通過一個5Ω的電阻連接到總線上。并在CANH和CANL腳與地之間并聯(lián)2個30P的電容， 用于濾除總線上高頻干擾。而防雷擊管D1和D2可以起到發(fā)生瞬變干擾時的保護作用。[1]
TJA1050T的8腳連接到F040的一個端口用于模式選擇，TJA1050T有兩種工作模式用于選擇，高速模式和靜音模式。TJA1050T正常工作在高速模式，而在靜音模式下，TJA1050T的發(fā)送器被禁能，執(zhí)行只聽功能，可用于防止由于CAN控制器失控而造成的網絡阻塞。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/188529.htm
3 智能饋線終端的軟件設計
鑒于該裝置功能復雜，軟件編制方法采用 C51和匯編混合編程，首先在系統(tǒng)中移植μC/OS-II，然后在此基礎上分別編制各個相關的任務，通過這樣可以大大提高整個系統(tǒng)的實時性，可靠性，降低程序設計的難度，提高程序的可維護性。軟件部分主要包括兩大部分：一是μC/OS-II實時內核的移植，二是各相關任務的編制。
μC/OS-II在 C8051F單片機上的移植
μC/OS-II是一個完整的，可移植，固化、裁減的占先式實時多任務內核。μC/OS-II大部分是用ANSI C 進行編制的，只有少部分與CPU密切相關的部分是用匯編語言編寫的，至今UC/OS-II已在超過40種不同架構的微處理器上運行。[3]
μCOS-II在C8051F上的移植主要是三個與CPU架構有關的文件進行重寫，它們分別是匯編文件OS_CPU_A.ASM、C語言文件 OS_CPU_C.C和頭文件OS_CPU.H。
另外要注意的一個問題是函數(shù)的可重入性問題，由于單片機內部堆棧空間有限，C51為函數(shù)調用提供的是一種壓縮棧，每個函數(shù)被給定一個空間用于存放局部變量。函數(shù)中的每個變量都放在這個空間的固定位置，當遞歸調用這個函數(shù)時，會導致變量被覆蓋。為保證所有函數(shù)的可重入性，必須使用reentrant關鍵字指定所有相關的系統(tǒng)函數(shù)。
相關任務的編制
饋線終端主要包括以下幾個任務，它們分別是A/D定時采樣任務，該任務具有最高的優(yōu)先級，該任務主要完成數(shù)據的采集、采樣通道的切換等功能。CAN通信任務，該任務具有第二高的優(yōu)先級，該任務主要完成采樣數(shù)據及相關報警信號的上傳以及配電子站發(fā)過來的相應命令報文的解析處理。電參數(shù)計算任務，該任務具有第三高優(yōu)先級，該任務主要完成電力參數(shù)的計算功能。LCD顯示子任務，該任務主要完成相關電力參數(shù)在LCD屏上的顯示，該任務具有最低的優(yōu)先級。
CAN總線通信報文的格式
CAN總線通信采用具有29位標識符的擴展幀，標識符的內容包括當前信號的種類代碼，(包括報警信號，電參數(shù)信號，故障錄波信號，開關量參數(shù)信號以及控制信號等), 配電子站的地址，F(xiàn)TU的地址等。配電子站發(fā)送控制信號的格式為，使用數(shù)據域的第一個字節(jié)判斷控制信號的種類，控制信號的種類主要有開出開關量的控制信號，請求獲取開入開關量的控制信號，請求實時獲取電參數(shù)的控制信號，以及對時信號等，根據控制信號的種類確定其它幾個數(shù)據的意義，例如如果是對時信號，則后6個字節(jié)依次為當前時間的年，月，日，時，分，秒。
4 結語
運用CAN總線技術開發(fā)的智能饋線終端單元，可以極大提高配電自動化系統(tǒng)的可靠性，實時性，系統(tǒng)性價比高，安裝維護簡潔方便，具有較廣闊的應用前景。
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