基于CAN 总线的电动机保护装置的设计

　　1.1.1 数据采集模块

　　该系统的模拟量采集使用56F807 自带的12 bit 、16通道的A/D 转换器， 电压和电流测量中采用定时采样频率为1 600 Hz ， 采样间隔约为0.625 ms 。对于50 Hz 的工频交流信号而言， 每个周波的采样值为32 个点。外部电流及电压输入经隔离互感器， 低通滤波器输入至模数变换器， 进行A/D 转换得到若干序列的离散采样值， 然后通过Fourier 算法得到Ia、Ib、Ic、I0、Ua、Ub、Uc和U0的幅值。同时计算推导出电动机的有功功率、无功功率、功率因数等参数。

　　1.1.2 开入开出模块

　　开入开出模块根据开发要求， 装置设计了12 路开入量，12 路开出量。开入量用于电机启动、停机和报警状态反馈等信息量的采集。12 路开出量， 主要用于各种故障的跳合闸和报警使用。本系统采用由8 个I/O 口发出4 个开出量信号以及通过8 bit 串行输入， 串/并行输出移位寄存器74HC595 控制8 组输出控制8 个开出量。为了防止干扰引起的误动， 利用两个关联的I/O 口同时输出不同电平时光耦动作， 实现对开出信号的开放与闭锁功能。当开出条件满足时， 开出量再经过TIL113 光电耦离后输出， 驱动外部继电器， 实现保护出口动作。

　　1.1.3 数据存储单元模块

　　X5043 芯片是美国XICOR 公司生产的集上电复位、“ 看门狗” 定时器、电压监控和串行E2PROM 四项功能于一体的专用集成芯片， 用以降低系统成本、节约电路板空间。X5043 中上电复位、“ 看门狗” 定时器、电源电压监控功能对系统可以起到保护作用；512×8 bit 的E2PROM可用来存储系统内的重要数据。

　　1.2 监控模块

　　1.2.1 CAN 通信模块

　　当前有很多微控制器将CAN 控制器嵌入到系统之中，DSP 56F807 内部也集成有CAN 控制器， 它支持标准和扩展信息帧， 外围只需连接CAN 收发器即可以方便地将CAN 控制器连接到CAN 总线网络上， 网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息，实时接收和发送数据。

　　1.2.2 其他模块

　　RS-485 通讯： 通讯采用485 主从网络， 使用MAXIM公司生产的差分平衡性收/发器芯片MAX485 ，MAX485系列芯片采用半双工通讯， 可以实现多台器件综合保护的联网功能。每个IC 芯片包含一个驱动器和一个接收器， 符合RS-485/RS-422 通讯标准。

　　6N137 光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器， 具有温度、电流和电压补偿功能， 在本次设计中， 使用6N137 光耦合器将DSP 中TXD1 和RXD1 信号与TX和RX 隔离开。

　　显示电路： 作为电机保护系统的显示模块， 本系统使用的LCD 是TG160128A1, 它已由制造商装配好了液晶显示驱动， 并提供了驱动电路的接口， 通过DSP56F807的I/O 口可以实现对LCD 的读写操作。

　　电源模块：DSP 的工作电压是3.3 V， 而开发板的供电电压为5 V， 所以必须做一个5 V~3.3 V 电压的转换。

　　使用了AS1117M5 -33 芯片把5 V 电压转换为3.3 V 电压。数字电源和模拟电源之间用磁珠相连， 数字地和模拟地之间也用磁珠相连。模拟地和模拟电源之间连小电容， 数字地和数字电源之间也连小电容。

　　2 系统软件设计

　　在电机保护装置中， 各检测节点定期采集现场的电压电流信号， 然后用傅里叶算法对采集来的数据进行分析处理， 计算出电压、电流的有效值和各次谐波分量值，并进行幅值、相位、正负序等实时参数计算， 判断得到的实时值是否超过限定值， 即判断是否发生故障， 并通过CAN 总线将数据发送到上位机。

　　2.1 系统总体软件

　　设计本系统软件设计采用的是模块化设计， 分为三个部分： 初始化模块、系统控制模块和通信模块。初始化模块主要完成DSP 系统、外设部件， 以及系统管理方式的初始化等。由于电机保护系统是实时性要求严格的系统，因而采用主程序模块和中断子程序模块相结合的方法。

　　中断子程序主要由保护模块和通信模块组成。主程序流程图以及保护模块流程图如图3 所示。

图3 系统流程图