摘 要： 在分析TMS320C2000系列芯片中內嵌CAN控制器特點的基礎上,，設計了一種基于LF2407A內置CAN總線模塊的逆變電源并聯系統(tǒng)，實現了對并聯逆變器模塊運行的實時通信監(jiān)控,。給出了CAN總線接口硬件設計,、通信監(jiān)控軟件功能及工作過程,。
關鍵詞： CAN總線 DSP 逆變電源 并聯
逆變電源的模塊化并聯運行可大大提高系統(tǒng)的靈活性，打破逆變電源在功率等級上的限制,，用戶可根據需要組合系統(tǒng)的功率,，同時便于實現冗余設計，因而具有高可靠性和易于大功率化的優(yōu)點,。并聯逆變電源通信監(jiān)控技術的研究是交流電源系統(tǒng)從傳統(tǒng)的集中式供電向分布式供電乃至智能電源系統(tǒng)供電模式發(fā)展過程中必須解決的一個課題[1],。本文介紹一種基于CAN現場總線的并聯逆變電源通信監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)充分利用TI公司TMS320LF2407A DSP芯片的內部資源,，通過CAN總線從各并聯模塊獲取并解析現場控制數據,，響應現場強實時性操作，實現對模塊工作的調度監(jiān)控,，具有結構簡潔,、擴容方便及可靠性高的優(yōu)點。
1 系統(tǒng)組成
1.1 系統(tǒng)網絡結構
系統(tǒng)組成如圖1所示,。系統(tǒng)由監(jiān)控主機,、并聯電源模塊和CAN總線構成。逆變電源模塊主要由PWM逆變器,、DSP控制器,、信號采樣和負載均流以及通信控制等部分構成，選用TMS320LF2407A(DSP)作為控制核心,。DSP根據反饋電壓,、電流值與設定值差控制輸出PWM脈沖，驅動逆變橋功率開關,，輸出頻率,、幅值、相位可調的正弦電壓,。由LF2407A內嵌CAN控制器接收來自CAN總線的命令實現對并聯逆變電源模塊的控制,。
此種拓撲結構的特點是多個網絡通信節(jié)點共用一條傳輸線，不僅信道利用率較高,，而且連接簡單,，成本低，系統(tǒng)可靠性高,。信息傳輸采用CAN通信協(xié)議,，傳輸介質采用雙絞線，如果需要進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力,，還可以在控制器和傳輸介質之間加接光電隔離等措施,。
1.2 系統(tǒng)主要硬件
硬件模塊電路如圖2所示。因LF2407A芯片本身含有內嵌式CAN控制器，所以硬件設計較為簡單,，只需加一個收發(fā)器SN65HVD232D就可實現此節(jié)點與總線的接口,。
SN65HVD232D是TI公司的CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口芯片，符合ISO11898標準,。它對總線提供差動發(fā)送能力,，而對CAN控制器提供差動接收能力。終端加接120Ω匹配電阻,，以保證數據通信的抗干擾能力及可靠性,。
2 軟件設計
2.1 波特率設置的編程
CAN總線的傳輸速率與2個節(jié)點間的最大距離有關，表1給出了CAN總線系統(tǒng)任意二節(jié)點間最大距離與位速率的關系,。表中還同時給出LF2407A的位定時器配置寄存器BCR2和BCR1的數值,。這些值的設定與LF2407A的主時鐘頻率有關。一般地可以按下面的公式計算位速率：
波特率＝ICLK/[(BRP+1)×bitTime] (1)
其中ICLK為DSP系統(tǒng)頻率,，BRP由位定時器配置寄存器BCR2決定,。
bitTime＝(TSEG1+1)+(TSEG2+1)+1 (2)
其中TSEG1和TSEG2由位定時器配置寄存器BCR1決定。
2.2 幀結構設計
按照CAN2.0規(guī)范,，CAN總線上傳送的報文由3～11個字節(jié)組成,，其中包含3個字節(jié)的控制字節(jié)和0～8個字節(jié)的數據字節(jié)。
一個有效的CAN數據幀由幀起始,、仲裁域,、控制域、數據域,、校驗域,、應答域和幀結束組成。TMS320LF2407A的CAN控制器支持2種不同的幀格式：標準幀和擴展幀,。它們主要區(qū)別在于仲裁域格式不同,，標準幀仲裁域由11位標識符和遠程發(fā)送請求位RTR組成；擴展幀仲裁域則由29位標示符和替代遠程請求位SRR位,、標志位和遠程發(fā)送請求位RTR組成,，如圖3所示。
標識符是作為報文的名稱,，在仲裁過程中首先被送到總線,。在接收器的驗收判斷中和仲裁過程確定訪問優(yōu)先權時都要用到。
遠程發(fā)送請求位(RTR)用來確定是發(fā)送數據幀還是遠程幀,。當RTR為高電平時，CAN控制器發(fā)送遠程幀,；為低電平時則發(fā)送數據幀,。
數據長度碼(DLC)用來確定每幀要發(fā)送的數據字節(jié)數，最多為8個字節(jié)。
控制命令表示此幀所表示的意義,，在本文中控制命令字意義如表2所示,。
2.3 程序流程設計
主從控制是一種較為成熟的逆變電源并聯控制方法，本設計采用爭主主從控制策略實現對并聯逆變電源系統(tǒng)的通信監(jiān)控,。
若設置郵箱3為發(fā)送非廣播郵箱,，郵箱2為接收非廣播信息郵箱，郵箱4為發(fā)送廣播的郵箱,，郵箱0為接收廣播的郵箱,。則信息接收和發(fā)送的程序流程圖分別如圖4和圖5所示。
從流程圖可以看出,，整個通信系統(tǒng)主要分為一個主節(jié)點和多個子節(jié)點,。其中每個子節(jié)點都會用到郵箱4，在一定的時間間隔定期以廣播的形式向總線發(fā)送爭主請求,，以探測主節(jié)點是否工作正常,。如果工作正常，主節(jié)點便會發(fā)送反對爭主請求的響應,，并且此響應也是在總線上以廣播的形式發(fā)送,。所以網絡上每個節(jié)點都會收到爭主請求和反對爭主請求響應。郵箱0的功能就是接收并區(qū)分這2種信息,，并判斷自身的地位,，決定是否利用郵箱4發(fā)送反對爭主請求。郵箱2的主要功能是接收主節(jié)點的控制信息,，并且通知郵箱3發(fā)送響應的響應信息,。
圖5較為詳細地給出了信息發(fā)送流程。用DSP匯編指令編寫的本系統(tǒng)CAN通信爭主部分程序清單如下,。
LDP #DP_CAN
SPLK #0040H,，TCR ；郵箱4發(fā)送爭主請求
LDP #DP_PF2
LAR AR7,，#4H
LDP #DP_CAN
MAR *,，AR4 ；發(fā)送次數
LAR AR4,，#0FFFFH
W_TA5： LDP #6
SBRK #01H
SAR AR4,，30H
LACL 30H
BCND W_TA7，EQ
LDP #DP_CAN
BIT TCR,，1 ,；等待發(fā)送應答
BCND W_TA5，NTC
SPLK #4000H,，TCR
LDP #DP_CAN
MAR *,，AR4,；發(fā)送次數
LAR AR4，#0FFFFH
W_TA7： LDP #DP_CAN
MAR*,，AR4 ,；發(fā)送次數
LAR AR4，#0FFFFH
W_TA6： LDP #6
SBRK #01H
SAR AR4,，30H
LACL 30H
BCND W_TA9,，EQ；寫郵箱內容,，配置參數給定
LDP #DP_USER
BIT CAN_FLAG1,，BIT0；判斷是否接到反對主節(jié)點申請的響應
BCND W_TA6,，NTC,；若沒有反對，則修改郵箱4的ID1,、ID0,，為10時表示此節(jié)點為主節(jié)點
LDP #DP_USER
SPLK #00H，CAN_FLAG1
LDP #DP_CAN
SPLK #4000H,，TCR,；清TA4和MIF4
CALL LOOP11 ；郵箱3發(fā)送數據
利用現場總線控制技術可以方便地構建分布式逆變電源局域控制網,，使電源系統(tǒng)具有現場網絡控制系統(tǒng)(FCS)的特征,。該方法不僅繼承了集散控制系統(tǒng)（DCS）的優(yōu)點，且集數字通信,、智能網絡控制于一身,。本文所介紹的系統(tǒng)不僅使逆變電源并聯連接簡潔，同時為各模塊提供了穩(wěn)定可靠的數據通信,，實現了系統(tǒng)參數設定,、并聯逆變電源模塊的靜態(tài)均流和模塊爭主等控制功能，且系統(tǒng)結構簡單,，運行可靠,。
參考文獻
1 謝力華，蘇彥明.逆變電源的并聯運行控制技術.電力電子技術,，2000,；(3)
2 楊寅哲，趙文華,，莫宏偉.CAN總線在逆變器遠程控制中的應用.應用科技,，2002；7(29)
3 吳勇,，秦娟英.基于DSP的CAN總線通信系統(tǒng).工業(yè)控制計算機,，2002,；3(15)