0引言
DeviceNet是20世纪90年代中期发展起来的一种现场总线,物理层和数据链路层采用CAN技术,是一种应用于底层工业设备互联的总线。它具有效率高、成本低和可靠性高的优点,目前已成为工业自动化领域的标准网络之一。将DeviceNet总线接口集成到控制器中,实现控制器与控制网络通信,是控制器发展的一个重要趋势。现在国内生产的低压断路器控制器与控制网络通信一般采用自定义协议,存在通信可靠性低、互换性差等缺点,鉴于此,本文设计了一种基于DeviceNet协议的新型低压断路器智能控制器。
1智能控制器功能
该低压断路器智能控制器主要实现2个功能:一是采样线路的电流、电压信号,并对信号处理后输出相应的保护动作;二是实现与DeviceNet网络节点之间的通信。因此,按功能分析,智能控制器包括2个部分:控制模块和通信模块。控制模块主要实现信号采集、保护判断、保护动作等功能。通信模块即DeviceNet通信接口,主要完成与DeviceNet网络节点之间显性报文和I/O报文的交换。该控制器是一个从设备,它与外部交互的数据有2种:一种是从DeviceNet网络上接收的数据,该数据必须是针对本设备的,不是针对本设备的数据不接收;一种是本设备根据请求向DeviceNet网络上发送的数据,该数据必须符合DeviceNet协议,这也是最后产品测试的主要部分[1]。
2硬件设计
该智能控制器硬件主要由DSP及外围电路构成的最小系统、控制模块和通信模块3个部分组成,如图1所示。
2.1DSP及外围电路构成的最小系统
DSP及外围电路构成的最小系统有电源电路、复位电路、JTAG仿真电路、时钟电路。DSP选用TMS320LF2407,它是一款高性能的定点16位DSP芯片,时钟频率最高可达40MHz,从而提高了控制器的实时控制能力;片内有高达32KB的FLASH程序存储器、高达1.5KB的数据/程序RAM、544B的双口RAM和2KB的单口RAM,可以不用外扩存储器;内置看门狗定时器模块、16通道10位A/D转换器(最小转换时间为500ns)、控制器局域网络(CAN)模块,完全支持CAN2.0B[2]。
2.2控制模块
控制模块由信号采样调理电路、键盘电路、液晶显示电路、输出控制脱扣器电路等组成。
(1)信号采样调理电路
信号采样调理电路主要通过电压、电流互感器采样断路器所在线路的电压和电流信号,送到TMS320IF2407的A/D口,如图2所示,由于TMS320IF2407的工作电压是0～3.3V,因此需要对采样信号进行预处理。电压和电流采样信号为6路模拟量,包括线路的3个线电流和3个线电压。
LM324设计成运算放大器,调节放大倍数可以调节输入信号的幅值;同时加入基准电压,通过调节电位器可以调节输入信号的零点,从而可得到比较理想的输入信号。信号在接入TMS320LF2407之前应进行电容滤波和二极管限压。
(2)键盘电路
键盘电路除实现电流、电压等参数设置外,同时还可对DeviceNet节点地址和通信波特率进行设置。节点地址范围是0～63MACID,通信波特率为125kbit/s、250kbit/s、500kbit/s三种。
(3)液晶显示电路
液晶显示电路采用液晶显示模块OCMJ4X8C实现,它是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块,可显示汉字及图形,内置8192个中文汉字(16×16点阵)、128个字符(8×16点阵)、64×256点阵显示RAM(GDRAM)及ST7920控制器。
