基于CAN总线的潜水电机智能监控系统设计

为了简化设计，提高系统的可靠性和性价比，智能节点的主要元器件都是选用同一家公司的产品，包括：微控制器(P89V51RD)、CAN控制器(SJA1000)、CAN收发器(PCA82C250)。P89V51RD内带64kB的Flash存储器，该存储器支持ISP功能，ISP的优点是支持在系统编程，即不需要移出为控制器，只需要通过串行接口(RXT和RXD)，结合上位机软件就可以实现PC对MCU的重复编程，而且硬件电路连接简单，这样就方便了程序调试，缩短了设计开发周期，提高了系统的稳定性。现场智能节点各个组成模块的功能如下：

1．CAN通信模块：CAN总线通信接口电路主要由CAN控制器SJA1000、6N137高速光隔、CAN收发器PCA82C250组成。SJA1000完全兼容CAN2.0协议，用来完成物理层和数据链路层的功能，可实现对通信数据的成帧处理，具有多主结构、总线访问优先权、硬件滤波等特点；PCA82C250提供了对CAN总线差动发送和接收数据的功能，有效地提高了总线的抗干扰能力，实现了保护总线、降低射频干扰等功能。为了进一步提高整个系统的可靠性和稳定性，在SJA1000和PCA82C250之间增加了光电隔离器件，并且采用了双电源，有效地抑制由总线引入的干扰。[page]

2．信号采集模块：用来检测电机的运行状态，包括：铂电阻温度传感器、电流互感器、电极式液位传感器。分别用来检测电机三相定子的温度、三相主电流和电机腔内的水位，可以有效地监测潜水电机的过流、过热、缺相、短路、渗漏等异常现象。信号采集模块以12位精度的ADC和多路模拟开关为核心，将传感器采集到的模拟信号进行调理后转变为数字信号并送入微控制器。MCU得到检测信息后做出相应的判断，并送至不同的子程序进行相应的处理，如：把电机运行的温度、电流等信息通过通信程序发送给监控计算机；若出现电机内腔水位过低、温度过高、电流过大，则自动切断本节点的电机、发出声光报警信息，并把节点的停机信息通过CAN总线发送给监控计算机。

3．电机控制模块：MCU判断电机定子温度、电流、液位中的任一项值超出设定值范围时，都会通过SSR(固态继电器)触发相应的异常处理电路，使电机得到保护。

4．参数设置模块：报警电流、报警温度、停机电流、停机温度、节点地址、波特率等信息通过参数设置模块存储于基于X25045的E2PROM中，实现节点工作参数现场设定功能。除了节点地址外，其它的参数也可以通过监控计算机设置。

5．状态显示模块：采用基于I2C总线的显示技术，通过LED数码管实时显示电机运行过程中定子的温度和电流值。并可以在设置模式下显示待定参数的当前值。当电机出现非正常停机时，发光二极管可以指示出故障的类型，方便检查维护。

监控节点的硬件部分除了以上介绍的之外，还有电源电路和看门狗电路。电源电路提供所需隔离电源，用于提高节点的可靠性和安全性；看门狗电路主要保证系统运行的稳定性，在上电、掉电以及警戒情况下复位输出。

监控系统的软件设计

从整个监控系统的角度来看，该系统的软件设计主要分为两大部分：即监控计算机应用软件设计和现场智能节点软件设计。

监控计算机的软件设计

计算机监控软件主要分为用户应用层、数据分析处理层及硬件设备驱动层3个部分，其软件设计流程如图3所示。