1,、引言

　　目前,，計算機機房的配電系統(tǒng)大都使用UPS,，保證了機房的可靠供電。UPS系統(tǒng)的每一路電流都采用自動空氣斷路器進(jìn)行過流保護(hù),，這種保護(hù)是有效的,，但不是智能的，不能設(shè)置,，不會報警,，更沒有供電及故障報警信息的紀(jì)錄，與高可靠性的要求不相符,，有進(jìn)一步改造的必要和需求,。本文為計算機機房開發(fā)的智能配電系統(tǒng)iPDS（Intelligent Power Distribution System）很好地滿足了以上要求，具有智能化和人性化兩大特點,。本系統(tǒng)采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互傳遞,，很好地滿足了系統(tǒng)可靠性、實時性及成本方面的要求,。

　　2,、系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　本智能系統(tǒng)對機房內(nèi)各路電源的電流、漏電流,、零地電壓,、自動空氣斷路器的運行狀態(tài)等信息進(jìn)行實時監(jiān)測、顯示,，具有實時報警,、詳細(xì)記錄等功能，并可以根據(jù)用戶要求靈活地配置各路監(jiān)測信息,?？梢栽陲@示屏上查詢機房各路電源的使用情況，盡早發(fā)現(xiàn)和消除隱患,，實時處理故障,，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理單元,、數(shù)據(jù)采集節(jié)點、LED顯示節(jié)點,、觸摸屏等組成,，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 智能配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

　　整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，功能完善,，觸摸屏通過RS-485與數(shù)據(jù)處理單元相連,，數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)采集節(jié)點和LED顯示節(jié)點都掛接在CAN總線上,，各組成部分提供不同的功能：

　?。?） 數(shù)據(jù)處理單元有兩個CPU，單片機AT89C58和P87C591,，二者通過雙口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,，其中AT89C58與觸摸屏通過RS-485通信，處理觸摸屏上的顯示和設(shè)置信息,，P87C591處理CAN總線上的交互信息,。

　　（2） 觸摸屏是系統(tǒng)的主界面,，用于設(shè)置系統(tǒng)的配置信息,，顯示當(dāng)前各路的電流、漏電流,、零地電壓和自動空氣斷路器的狀態(tài)等,，并可以查看歷史報警記錄。

　?。?） 數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集各路模擬量和開關(guān)量信息,，通過CAN總線傳輸，以供數(shù)據(jù)處理單元處理,。

　?。?） LED顯示節(jié)點主要顯示當(dāng)前各路的模擬量和開關(guān)量的報警信息，便于用戶查看,，使系統(tǒng)更加人性化,。

　　3、CAN總線硬件設(shè)計

　　3.1 P87C591簡介及硬件設(shè)計

　　在系統(tǒng)中,，采用Philips公司生產(chǎn)的P87C591單片機,，該單片機是一個8位高性能微控制器，具有片內(nèi)CAN控制器,，大大簡化了硬件電路的設(shè)計,，提高了CAN接口的穩(wěn)定性。

　　P87C591采用了強大的80C51指令集,，并集成了SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能,。

　　P87C591連接的CAN節(jié)點電路設(shè)計比較簡單，所需的外部元件只是一個晶振加兩個電容驅(qū)動片內(nèi)震蕩器,、一個連接到復(fù)位腳的電阻,、電容。使用片內(nèi)上電復(fù)位電路以及一個收發(fā)器將P87C591連接到CAN總線上,。

　　3.2 CAN總線通信過程及標(biāo)識符的分配

　　本系統(tǒng)對實時性要求高,，數(shù)據(jù)傳輸量大,，數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集的信息應(yīng)快速上傳到數(shù)據(jù)處理單元，以便及時處理,，數(shù)據(jù)處理單元將觸摸屏上的設(shè)置信息實時傳遞給數(shù)據(jù)采集單元,；數(shù)據(jù)處理單元處理完采集的信息后，將當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)及時地在LED顯示節(jié)點上顯示出來,，并指揮繼電器動作,。

　　整個CAN總線系統(tǒng)采用CAN2.0B通訊協(xié)議，采用標(biāo)準(zhǔn)幀格式,、11位標(biāo)識符來區(qū)分CAN總線上的節(jié)點,。數(shù)據(jù)處理單元是CAN總線上最重要的節(jié)點，控制整個總線上數(shù)據(jù)的傳輸和處理,，優(yōu)先級最高,，其次是數(shù)據(jù)采集節(jié)點，它是數(shù)據(jù)的來源,，實時采集傳遞數(shù)據(jù),，再次是LED顯示節(jié)點。

　　考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展問題,，預(yù)留了一部分標(biāo)識符,，根據(jù)用戶要求可以增加、減少數(shù)據(jù)采集節(jié)點和LED顯示節(jié)點,，而不影響系統(tǒng)的優(yōu)先級設(shè)計,。

　　4、CAN總線軟件設(shè)計

　　數(shù)據(jù)處理單元是CAN總線上優(yōu)先級最高的節(jié)點,，控制著整個總線上的數(shù)據(jù)傳輸流程,，其軟件設(shè)計主要包括兩大部分，即通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層協(xié)議和功能實現(xiàn)的流程和編碼,。

　　4.1 軟件功能分析及系統(tǒng)初始化設(shè)計

　　P87C591主要完成數(shù)據(jù)的處理與傳輸,，通過CAN總線接收數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集來的各路模擬量和開關(guān)量信息，整理后按協(xié)議存儲到雙口RAM中,，并根據(jù)處理結(jié)果給LED顯示節(jié)點發(fā)送信息,。主程序查詢雙口RAM中數(shù)據(jù)采集節(jié)點的設(shè)置信息，實時地傳送信息給數(shù)據(jù)采集節(jié)點,，并向其發(fā)送遠(yuǎn)程幀,，請求模擬量和開關(guān)量信息的傳送，這樣避免了多個數(shù)據(jù)采集節(jié)點同時上傳采集的信息,，有效地防止了接收溢出和數(shù)據(jù)丟失,，接收到采集的各路信息后，處理并存儲到雙口RAM中,、發(fā)送給LED節(jié)點,。

　　在程序設(shè)計中，初始化程序是系統(tǒng)設(shè)計工作中極為重要的部分,，它是系統(tǒng)能否正常工作的前提,。因此，初始化設(shè)計是一個重點,，在系統(tǒng)初始化過程中要進(jìn)行雙口RAM的初始化,，打開看門狗，設(shè)置中斷優(yōu)先級,，初始化CAN控制器和I/O口,，打開總中斷等操作，以保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定地工作,。

　　4.2 CAN通信程序設(shè)計

　　CAN通信軟件主要由以下幾部分組成：初始化,、接收處理、發(fā)送處理,、中斷處理及錯誤處理,。本文重點介紹初始化、發(fā)送,、接收處理子程序及錯誤處理,。

　　（1） 初始化子程序

　　CAN控制器的初始化包括操作模式,、驗收濾波器,、總線定時及中斷的設(shè)置等。驗收濾波器的設(shè)置決定了本節(jié)點所接收的信息的格式,。定時器用來設(shè)置CAN總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈?，總線上各節(jié)點的波特率必須一致，否則就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤,。

　?。?） 發(fā)送程序

　　發(fā)送子程序負(fù)責(zé)節(jié)點報文的發(fā)送。發(fā)送時用戶只需將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式組合成一幀報文,，送入CAN控制器的發(fā)送緩存區(qū)中,，然后啟動發(fā)送命令即可。信息從CAN控制器發(fā)送到CAN總線是由CAN控制器自動完成的,。本系統(tǒng)采用查詢的方式發(fā)送,。

　　（3） 接收程序

　　接收子程序負(fù)責(zé)節(jié)點報文的接收以及其它情況的處理,，諸如對總線關(guān)閉,、錯誤報警、接收溢出等情況進(jìn)行處理。信息從CAN總線到CAN緩沖區(qū)是由CAN控制器自動完成的,。接收程序只需從接收緩沖區(qū)讀取要接收的信息即可,。考慮到實時性的要求,，采用了如圖2所示的中斷方式,。

　　圖2 中斷接收流程圖

　　（4） 錯誤處理

　　在CAN初始化中,，打開了錯誤報警中斷使能和總線錯誤中斷使能,，當(dāng)錯誤計數(shù)器（發(fā)送錯誤計數(shù)器和接收錯誤計數(shù)器中的任何一個）計數(shù)值超過96時，說明總線被嚴(yán)重干擾,，產(chǎn)生錯誤報警中斷,；當(dāng)發(fā)送錯誤計數(shù)器值超過255時，節(jié)點進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài),，CAN控制器將設(shè)置復(fù)位模式位為1（當(dāng)前）并產(chǎn)生一個錯誤報警和總線錯誤中斷,。錯誤報警中斷處理是清零所有錯誤計數(shù)器的值，維持CAN的運轉(zhuǎn),，但這樣做存在局限性：清零錯誤計數(shù)器只是將錯誤計數(shù)器簡單的清零,，不能從根本上消除錯誤來源；由于錯誤報警中斷產(chǎn)生的條件為錯誤計數(shù)器的值超過96,，而總線關(guān)閉中斷產(chǎn)生的條件為發(fā)送錯誤計數(shù)器的值超過255,，因此，發(fā)送錯誤計數(shù)器引起的錯誤報警中斷可以屏蔽掉總線錯誤中斷,。系統(tǒng)可能由于總響應(yīng)錯誤報警中斷導(dǎo)致系統(tǒng)不能產(chǎn)生總線關(guān)閉,，使CAN總線一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

　　為了避免這種情況,，只打開總線錯誤中斷使能,，這樣，在總線發(fā)生嚴(yán)重錯誤的情況下,，可馬上產(chǎn)生總線錯誤中斷,，使錯誤得到及時處理?？偩€錯誤中斷的處理是復(fù)位該節(jié)點,，重新初始化CAN控制器，這樣可以消除錯誤,，給節(jié)點一個很好的初態(tài),。由于CAN總線兩條傳輸線之間的誤接觸，也易造成CAN總線關(guān)閉,，使節(jié)點無法工作,，在主程序中查詢狀態(tài)寄存器中當(dāng)前CAN總線狀態(tài),，及時復(fù)位該節(jié)點，使節(jié)點正常工作,。

　　同時,，為了更方便直觀地查看CAN總線的工作狀態(tài)，設(shè)計了一個指示燈,，當(dāng)總線正常地收發(fā)信息時,，指示燈閃爍,，一旦CAN總線關(guān)閉,，節(jié)點不參與總線活動，指示燈不再閃爍（此時指示燈長亮或長滅）,，當(dāng)總線錯誤不能通過復(fù)位該節(jié)點解決時,，可以通過查看指示燈的狀態(tài)（長亮或長滅），及時地對不工作的節(jié)點進(jìn)行修理維護(hù),。

　　5,、結(jié)語

　　運用CAN總線技術(shù)構(gòu)建智能配電系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性,，系統(tǒng)價格低廉,，安裝維護(hù)簡單，具有良好的升級,、擴(kuò)展能力,。該系統(tǒng)已經(jīng)成功地裝配到經(jīng)貿(mào)、股票交易行業(yè)的機房中,，運行可靠,，實現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)。