目前最常用的現場總線為CAN總線，CAN總線以可靠性高、成本低、應用靈活等諸多優點，已廣泛應用于智能通信網絡中，但收發器驅動能力的限制不適合遠距離數據傳輸及遠程控制。而以太網技術成熟、通信速度快、軟硬件產品豐富和外圍技術支持全面，可以利用網絡進行遠距離通信，但在工業控制中仍然存在部分問題尚未解決。結合CAN總線與以太網自身的優缺點，本文研究了適用于船舶監控系統基于雙CAN總線與以太網的現場監控模塊，該模塊可安裝于配電開關柜內，能夠就近進行電流、電壓及開關狀態信息的采集，獨立進行數據處理，實現測量、保護、控制等功能。能夠通過冗余雙CAN總線與其他智能節點進行通信，并且通過以太網上傳重要數據給監控臺，協助監控臺完成監測和控制功能。作為配電網絡與監控網絡連接的紐帶，具有很好的開發應用前景。

　　現場監控模塊的硬件系統

　　在現場監控模塊中，大量的現場實時數據需要采集和處理，并及時、迅速地向集中監控臺傳輸，即向集中監控臺提供整個控制過程的具體數據，同時還要完成判斷處理并通過輸出模塊發送各種控制命令，考慮到其功能復雜程度，采用了DSP+FPGA雙控制器的硬件方案，其硬件結構原理參見圖1。

　　1） A/D芯片 該系統采用AD7865作為A/D芯片，該芯片為高速14位A/D轉換器，同時采樣4個輸入通道，并具有4個采樣、保持放大器。其優點在于能夠真正實現多路信號的同步采樣，并保持各通道信號的相位關系。具有片內時鐘、讀寫允許邏輯、多種通道選擇方式以及內部精確的2.5V參考電壓，使得其與高速處理器的接口變得非常簡單。本系統共配置了4片AD7865，能同步采樣多達16路模擬量數據。

　　2） 電磁隔離 所有開關量的輸入輸出均采用電磁隔離技術，可有效提高抗干擾能力，本系統選擇了16片4路集成電磁隔離芯片ADUM1410，使得該模塊能同時完成多達32輸入，32路輸出的數據采集。

　　3） FPGA 該系統以EP1C6PQ240作為系統的輔控制芯片，該芯片有5980個邏輯單元，嵌入式存儲塊有一列M4K塊，每個M4K塊可以組成各種存儲器，包括雙端口、單端口RAM、ROM和FIFO等，I/O單元包含一個雙向I/O緩沖器和三個寄存器，具有2個鎖相環和8個獨立系統時鐘，芯片管腳數為240個， 可用管腳數為185個。FPGA主要完成數據輸入輸出控制及數據預處理功能。所有的開關量信號送入FPGA，所有的模擬量信號經A/D芯片轉換為數字信號后也送入FPGA，FPGA需要向A/D芯片提供控制信號來控制A/D芯片的讀寫，所有的數據由FPGA預處理后供DSP讀取。

　　4） DSP 該系統以TMS320LF28335作為主控制芯片［4~5］，該芯片為低功耗、高性能的32位芯片，其內部集成了多種功能模塊，不但包括多種通信接口， 且同一種通信接口的數量不止一個，如SCI串口有3個，CAN口有2個，只需增加簡單的外圍器件即可實現擴展功能。DSP主要完成數據處理、邏輯控制及通訊功能。由于FPGA已將大量數據做了預處理，且本系統中DSP與FPGA的16位地址線和16位數據線均相連，采用并行數據傳輸，DSP只要通過簡單的指令即可快速讀取所需要的開關量和模擬量值，為狀態監控及故障診斷功能提供基礎。

　　5） CAN通信 大多數嵌有CAN控制器的控制芯片只有一個CAN控制器，如果希望系統具有雙CAN接口，則需要外接一個CAN控制芯片，增加了硬件成本，電路結構更復雜。

　　而本系統使用的DSP芯片中嵌有兩個CAN控制器，因此只要將兩個CAN控制器分別外接CAN驅動器就可以實現與兩條獨立的CAN總線連接。圖2以 CANA為例顯示了TMS320LF28335的CAN通信接口電路，CANB的電路設計與此相同。CAN總線收發器82C250是驅動CAN控制器和物理總線間的接口，提供對總線的差動發送和接收功能。利用高速光耦6N137，實現收發信號的隔離和DSP與82C250之間的電平匹配。

　　6） 以太網通信 本系統選用了W5100作為以太網接入芯片。W5100包含了TCP/IP、UDP等網絡協議和DLC、MAC以太網協議。它提供多種總線，包括兩種并行總線以及SPI串行總線等接口方式。內置16KB數據緩沖雙口RAM，可快速進行數據交換。圖3為以太網通信接口電路圖。

　　W5100供電電壓為3.3V和1.8V，其中1.8V可由芯片內部線性穩壓電源產生，外接濾波電路后供回芯片。L1、L2均為1μH的電感，C3、C4均為0.1μF的電容。根據 W5100的工作頻率要求，需在XTLP和XTLN引腳間接25MHz晶振及接地電容C1和C2，均為22pF。W5100的內部模擬電路需要在 RSET_BG引腳與地之間外接精度為1%的電阻R4和R5，阻值分別為12k和300Ω。為了實現電氣隔離，消除部分諧波（根據結構的不同可以消除不同次的諧波），有效降低零地電壓，需要在W5100與外部接口之間接網絡變壓器。本系統網絡變壓器選11FB-05NL，網絡變壓器的RXPI與RXIN、 TXOP與TXON各需要2個51Ω（精度為1%）的電阻和1個0.1μF的電容與特定端相連。DSP通過片選信號DSP_CS選中W5100芯片，通過直接總線模式讀（/WR）、寫（/RD）信號和數據（DATA）、地址（ADDR）總線可以簡單的將W5100看做一個外部存儲器來實施控制。
電子發燒友網技術編輯點評分析：

　　設計了現場監控模塊可應用于船舶配電網絡中的開關柜或重要設備，配電單元內所有電壓、電流、開關狀態量等利用現場監控模塊就地采集及處理，節省了大量電纜，減輕了集中監控臺的控制負擔，雙冗余CAN及以太網等通信接口，使其與集中監控臺的通信變得便利而可靠，為整個監控系統采取靈活而簡便的網絡拓撲結構提供基礎，具有廣泛的應用前景。
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