基于CAN總線的閥門遠程控制系統

這部分是下位機控制系統的輸入、輸出部分，主要完成閥門各種報警信號、開度的采集，對閥門開、關、停的控制等，其結構如圖6所示。在數據采集電路中，除了采集基本的運行狀態外，還增加了電機缺相、轉矩越限、電機過熱、熔斷器損壞、行程開關到位、緊急制動狀態等大量的信號采集點，提高了下位機的監控能力。閥門中的采集信號和控制信號多數為強電信號，為了使單片機系統免受影響，在電路中采用了隔離設計，增加了系統的可靠性。

④人機接口模塊

對閥門的運行除了可通過上位機遠程控制外，還保留了現場控制功能，這主要通過現場手操器完成，它是下位機中的人機接口模塊。手操器由鍵盤和數碼管顯示電路組成。在手操器的設計中采用了I2C總線技術，鍵盤電路采用了具有I2C接口的輸入輸出擴展芯片PCF8574，顯示電路采用了具有I2C接口的數碼管顯示驅動芯片SAA1064，單片機80C552本身就集成有I2C總線接口，為系統的軟硬件設計提供了方便。手操器的硬件結構如圖7所示。另外，I2C總線支持帶電插拔，給手操器的使用帶來了極大的方便，使用者可以在不妨礙閥門正常工作的情況下，拆裝手操器。

⑤通信功能模塊

通信電路是下位機中的CAN總線接口部分，是提供閥門遠程控制功能的核心部分。它由CAN控制器SJA1000、CAN驅動器82C250以及光電隔離電路構成，電路結構如圖8所示。由于光電隔離的需要，模塊使用了DC-DC電源模塊。為了提高通信模塊的通用性，滿足不同使用的需要，在下位機中還設計了微動開關，用于設置不同的通信波特率和不同閥門的地址選擇。

3.2下位機軟件設計

下位機軟件用C51語言編寫，程序的可讀性、可移植性大大提高。下位機軟件主要完成閥門的狀態和故障的采集、閥門開度采集、執行開關停閥門的動作和通信功能。由于篇幅的關系，下面僅介紹主控制程序和CAN總線通信中斷服務程序。

①主程序的設計

下位機軟件的主要工作是采集閥門的信號、控制閥門運動以及響應上位機的請求或命令。下位機系統初始化后進入主程序循環，為了準確采集閥門開度和避免誤報警，對輸入信號都進行了簡單的數字濾波，下位機對這些信號綜合分析后，根據開度要求控制閥門的開、關、停動作。下位機具有現場控制、遠程控制兩種控制方式，可由現場開關來區分，在這兩種控制方式下，下位機都可以根據上位機的要求進行運行數據的上傳。所不同的是，在現場控制時，操作者在現場用手操器進行控制，這時上位機對下位機只能監視，不能控制；遠程控制時，下位機通過分析上位機命令來對閥門進行控制。下位機主程序軟件流程如圖9所示。

②CAN中斷服務程序的設計

當上位機向下位機發出數據請求或命令時，下位機就會進入CAN中斷服務程序。在進入CAN中斷服務程序后，首先進行現場保護，然后讀取SJA1000的中斷寄存器，分析是哪種中斷并置相應的標志位，如果是接收中斷，則置接收數據標志并讀取數據，然后釋放緩存，最后恢復現場，中斷返回。CAN中斷服務程序如圖10所示。

由于下位機要嵌入到閥門電裝的腔體中，電磁干擾嚴重，在設計中采用了多種軟、硬件抗干擾設計，由于篇幅原因，不再一一詳述。

4結束語

本文提及的技術已經在天津閥門公司生產的QT、OOM、SMC、ZA等系列電動閥門中得到應用，使其成為具有遠程控制功能和故障診斷功能的電動閥門。由這些閥門構成的遠程閥門控制系統已經實際運行了近一年時間，運行情況良好，達到了設計要求，并通過了天津市科委組織的專家鑒定。目前，正在準備產品的中試，同時加緊應用層協議的規范化，力圖盡快推出滿足DEVICENET的電動閥門產品。相信隨著這類產品的推向市場，必將推動我國現場總線執行器的發展。