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2. 带 CAN总线接口的 MCU单元
从图2可以看出，控制系统相关环节均需要配有CAN总线接口，包括传感器信号输入和控制输出，其中有些信号变送环节还需要经过计算和分析，基本上带CAN总线的单元均需要配单片微型计算机MCU,通过MCU采集需要的信号或输出控制信号，由MCU和CAN实现总线接口，为方便该功能的实现，选择带CAN总线接口的MCU，本系统使用MICROCHIP公司的PIC30系列的控制芯片来实现，其内置CAN模块主要特性如下：
实现CAN协议：CAN 1.2、CAN 2.0A和CAN 2.0B
标准和扩展的数据帧
数据长度为0 到8 字节
可编程比特率达到1 Mb/s
支持远程数据帧
双缓冲的接收器，带两个区分优先级的接收报文存储缓冲器

根据上述具备 CAN通讯接口的 MCU特性描述，结合使用场合，配以相关的电路可以实现带双 CAN接口的多种多样的变送器和执行器，MCU采用 dsPIC30f5011，内置两路 CAN接口。MCU与 CAN接口电路如图 3所示，C1Tx是 1号 CAN总线的发送信号，C1Rx是 1号 CAN总线的接受信号，C2Tx是 2号 CAN总线的发送信号，C2Tx是 2号 CAN总线的接受信号，外围开关量可以实现昀大 48路输入或输出，模拟量昀大可以实现 16路输入。MCU与外围采用高速芯片 6N137进行光电隔离 , CAN总线收发器采用标准的 PCA82C250，其输出为差分信号，定义为 CANH和 CANL一对，采用双绞线方式挂在整个系统 CAN总线网络上。CANH 和 CANL之间并联小电容可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力，另外，在 CAN 总线的终端处的两根线 CANH 和 CANL间还并联一个 120欧姆的电阻，以消除信号的反射。
MCU内具备强大功能， 16位 CPU，程序存储器达 66K，4K RAM，1K EEPROM，16 ×16bit工作寄存器，昀高时钟可以使用 10M晶振倍频 16倍，所以一般应用场合均能适应，由于自带 DSP核心，对要求快速响应的数据处理也能胜任，一般不需要扩展即可满足需要，具体需要实现的信号输入输出，只要配以合适的外围接口电路即可实现；需要实现的控制功能也可编程实现。在本系统中除电站电能管理控制器要求比较复杂，需要进一步增强系统配置外，其它控制器和信号接口或变送器等均使用上述电路实现，带 CAN接口的变送器或执行器一端如图 3所示实现 CAN总线接口，另一端配以 MCU对应的外围电路，可实现带CAN总线的不同功能的输入输出。具体如下：
2．1 带 CAN总线的常用信号变送器
常用的信号分为开关量输入， 0－5V，4－20mA，热电阻，热电偶等，其中开关量信号输入采用光耦隔离输入，模拟量输入采用高性能的仪表运算放大器构成，热电阻，热电偶等均采用标准的信号调理电路，所以对 MCU而言，输入的均为标准的0－5V信号，对应传感器的昀大量程。经信号调理后的 16路模拟量输入接到 MCU的RB0-15,即可实现 MCU对该 16路模拟量输入的采样。开关量输入信号变送器将输入信号隔离后送到 MCU的PORTB－G口，昀大可以实现 48个输入，除使用光耦隔离电路外中间不需要其它电路。

2．2 带 CAN总线的编码信号变送器 正交脉冲编码输入，有A，B正交的2相输入，即相位上相差90度，其昀到频率可达20KHz。由于频率较高，光电隔离应采用高速光耦来采样，可以使用 MCU的信号捕捉接口 RD8―11来实现 2组 4个正交脉冲编码输入，配置 MCU相应的寄存器可实现正交脉冲编码的计数和正负判断。
2．3 带 CAN总线的电量信号变送器

电量信号的采样需要采集电压和电流信号并转换成有效值，调理成 MCU需要的0－5V信号，同时需要正弦－方波的转换，送到 MCU的中断接口处，便于相位计算。电压信号的调理电路如图 4所示，电流型电压互感器将取样电压信号转换成 mA电流信号经运放 U2放大成电压信号，经 U1A比较电路取得交流电压过零方波的检测信号，供频率转换和相位计算用，运放 U1B,U1C电路构成整流电路，U1D电路为滤波电路，其输出为 MCU需要的0－5V电压信号。电压信号采样考虑到变化幅度有限，选择 1.5倍额定电压对应 MCU昀大输入5V，而电流信号变化比较大，特别是大电机起动时，电流可以达到其额定电流6－8倍，电流的保护控制也需要能有效地实现8－10倍的保护控制，所以同一个电流的采样分成三个等级来实现，一是 2倍额定电流对应 MCU对答输入5V，一是 4倍额定电流对应 MCU的 5V输入，另一是 10倍额定电流对应 5V输入。电路原理与图 4所示类似，这样，一台发电机输出的三相电压和电流的采样要用到 12个模拟量输入，3个电压过零中断输入，3个电流过零中断输入。根据上述信号 MCU将不仅得到相应的电压值、电流值，还要计算出相位差，功率因素，有功功率，无功功率，视在功率，有功电能统计等，同时需要根据额定值确定是否有过电压、欠电压、长延时过电流、短延时过电流、瞬时过电流，逆功率等故障信号，所以本电量变送器含多重功能。

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关键词： 电站 自动 控制系统 船舶 实现 CAN 总线 技术 基于

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