基于CAN总线的负荷监控系统的设计与开发
基于CAN总线的煤矿监测监控系统
的通 讯 协议 ，底 层 的 Ｉ ／ ０ 模 块 与各 电子 设 状 态 以及风 门 的开停状 态等 。 备 能通 过Ｃ Ａ Ｎ 总线 构 成全 面 的控制 网 络 。 （ ５） 基于Ｃ Ａ Ｎ总线 的 安全 监 测 监控 Ｃ Ａ Ｎ 总 线 集合 了Ｏ Ｓ Ｉ 开放 系统 互 连参 考 模 系统 的优 势 。①Ｃ Ａ Ｎ 总线 的运 作 模式 为多 型 中数据 连接 与 物理 设置 的优 势 ，具有 高 主机 运行 ，任 意一个 节 点可 以 随时通 过 主
一
时 ，这 种 系统也 有很 大 的缺 陷 ：不 同生产 通 信 的质 量 。 由于 煤矿 安全 监测 监控 系 统 线 的判 断 时间 。￣ Ｃ Ａ Ｎ 总 线模 式下 可 以进 厂 商所 生产 的 系统无 法统 一通 信 ，这种 缺 的子 系统 数量 较多 ，在 进行 监控 的 过程 中 行 一个 节点 向一 个节 点传 输 、一个 节 点 向
买Ｃ Ａ Ｎ总线 Ｐ Ｃ Ｉ 卡 ，再 通 过 以太 网进 行连 行 。⑤ 完善 的通 信协 议优 势 。系统 开发 更 接 扩展 。这一 过程 中，Ｃ Ａ Ｎ 总线 的扩 展 主 加 简单 ，可 以直 接通 过Ｃ Ａ Ｎ 总 线 的控制 芯 片 实现 。⑥ 费用 低 。相较 于集 中式 监控 系 统 来 说 ，节 约 了大 量 电缆 线 等设 备 的 购 买 ，基 于Ｃ Ａ Ｎ 总线 模式 的煤 矿 安全 监测 监
陷 直接 的影 响是 ，不 同 的生产 商所 生产 的 需 要 使用 的传 感器 和 分站 较多 ，Ｃ Ａ Ｎ 总线 多个 节 点 以及一 个节 点 向全部 节 点传输 的 统一 系 统之 间 、系统 与 网络之 间无 法共 享 的扩展 性 有利 于解 决这 一 问题 ，扩展 方式 方 式 。④数 据传 输正 确率 高且 快 速 。Ｃ Ａ Ｎ 数据 信 息 ，简而 言之 ，就 是这 种系 统缺 乏 为 直 接通 过Ｃ Ａ Ｎ 网关 进行 扩 展 ，或者 是购 总 线通 过短 帧传 输 ，且与 校验 技术 整合 运 开放 性 。 ２ Ｃ Ａ Ｎ 总线 的特征分 析
基于CAN总线的分布式监控系统设计
引言锅炉是通过燃烧加热工质来提供热能动力的重要设备,同时又是承压、受火、有爆炸危险而又被各行各业普遍使用的特殊设备。
所以实时监控锅炉的运行状态,及时、准确地发现锅炉运行中的事故至关重要。
传统的锅炉监控系统在测量手段和使用的传感器方面都存在很大的缺陷。
以温度检测为例,早期采用的热电偶电桥法,测试过程复杂;而采用集成的半导体模拟温度传感器需要大量的传输电缆,成本高且不易维护。
CAN总线是一种多主机控制标准,具有物理层和数据链路层的协议、多主节点、无损仲裁、高可靠性及扩充性能好等特点;能有效支持分布式控制系统的串行通信网络。
一方面,其通信方式灵活,可实现多主方式工作,还可实现点对点、点对多点等多种数据的收发;另一方面,能在相对较大的距离间进行较高位速率的数据通信。
本系统是由上位机对多个并列的承压锅炉监控单元进行控制管理,各监控单元之间要进行快速的数据传输。
CAN总线能很好地满足该系统的要求。
1 系统总体结构如图1所示,系统由上位监控机、CAN节点0与其他CAN节点组成。
其中,上位监控机为PC机,各CAN节点的微控制器为STC89LE54RD+。
STC89LE54RD+外接CAN控制器SJA1000,外部设备主要为一线式数字温度计DS1822与压力传感器。
上位监控机(PC机)采用IBM-PC兼容机,主要负责对系统各节点监控数据的接收与管理、控制命令的发送以及各控制单元动态参数和设备状态的实时显示。
CAN节点0是一个至关重要的节点,主要有两个功能：一是作为上位机(PC机)与CAN总线的接口,完成CAN总线数据与RS-232接口的数据转换,对智能节点传送过来的数据信息进行缓存,对告警信号进行告警以通知维护人员进行处理;二是负责协调上位机与各个CAN节点的通信,以确保各个节点的监控数据能够快速、准确地传给上位机。
监控CAN节点为智能型的监控模块,以单片机为核心,主要负责对现场的环境参数和设备状态进行监测,对采集来的数据进行打包处理并将处理过的数字信号通过CAN通信控制器SJA1000送入CAN总线;对系统中各个承压锅炉的压力与温度进行测量。
基于CAN总线井下安全监控系统的设计与实现
场 的监控 。
关键 词 ： Ｃ Ａ Ｎ总线 ； 气体传感器 ； 监控 网络 ； 预报警
中图分类号 ：Ｔ Ｎ９ １ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ０ － ９ ７ ８ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ － ０ １ ０ ２ － ０ ３
一 Ｄ ｅ ｓ ｉ ・ ｇ ｎ ａ ｎｄ － ｌ ● ｍ ＤＩ ● ｅ ｍｅ ｍ』 Ｊ ａ ｎ０ ● ｎ ｏ ｉ ｎ ｓ ａ ｔ 一 ｅ ・ ｔ ｙ ｍ０ ｕ－ ｔ ｔ ｏｒ ｉ － ｎｇ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ
ｕ ｎｄ ｅ ｒ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎｄ ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｅ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ０ ｎ ＣＡＮ ｂ ｕｓ
Ｄ Ｉ Ｎ Ｇ Ｌ ｉ ． ｑ ｉ ｏ ｎ ｇ ， ， Ｔ Ａ Ｎ Ｑ ｉ ｕ ． １ ｉ ｎ ＇ ， Ｐ Ｅ Ｉ Ｘ ｉ ａ ｎ ｇ ． ｄ ｏ ｎ ｇ ， ， Ｚ Ｈ Ｕ ｓ ｉ － ｍｉ ｎ ， 。 ， Ｚ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｘ ｉ ａ ｎ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ， ， Ｋ Ａ Ｎ Ｇ Ｈ ａ ｏ ’
２ ． Ｋｅ ｙ Ｌａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｙ ｒ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ Ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ， Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅ Ｍｕ ｃ ａ ｔ ｌ ｏ ｎ，
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基于CAN总线的煤矿安全监控系统设计
图1基于CAN 总线的煤矿安全监控系统架构收稿日期:2012-03-22;修订日期:2012-10-22作者简介:高静（1974-），女，河北保定人，讲师/主任科员，硕士，研究方向：计算机应用。
0引言目前，我国煤矿的总体现状是老矿、瓦斯突出风险高矿多，具有完备的全自动安全生产监控系统的现代化煤矿少，缺失系统的风险管理在一个方面加剧了煤矿安全事故的发生，为此有必要全面建立自动化煤矿安全监控系统，以提高煤矿安全生产系数。
煤矿安全监控系统是借助对煤矿井下环境（水、电、瓦斯、地质压力）和设备工况进行实时监控，获得状态数据，并利用计算机分析处理，从而研判煤矿安全生产风险的一种控制系统。
现对于其它工业检测系统，煤矿安全检测系统的特点在于测点数量多、分布范围广、传输距离远、扰动因素多、使用环境恶劣。
为此，煤矿安全监控系统必须具备良好的抗噪性能、实时响应性、传输容量大及系统成本低等特点。
CAN （Controller Area Network ）总线是目前唯一具有国际标准的现场总线，具有低成本、总线利用率高、良好的传输防错设计、开发软件易于掌握，其组网模式灵活，性能可靠，支持最远可达10km 的直接通讯，非常适合于的煤矿安全监控系统。
1煤矿安全监控系统架构依据煤矿采掘工作面分布的实际情况，煤矿安全监控系统架构设计如图1所示。
整个监控系统主要由监控主机、控制分站、通信光纤、以及分布于关键点的多种（温度、压力、震动、瓦斯等）传感器组成。
控制分站的数目取决于煤矿井下工作面的实际情况，通常同一深度的多条巷道构成1个工作面，设置1个控制分站（对于大型煤矿，可以再控制分站预留1台备用控制器）。
监控主机与各控制分站保持通信，调控各工作面的传感器进行采集数据，显示环境与设备状态，并反馈状态信息，如通过服务器接入Internet 和局域网，便可实现远程控制。
各控制分站相互连通，除了起到中继通信作用，还可以独立控制本层工作面的监测工作。
基于CAN总线的火灾监控系统设计
基于CAN总线的火灾监控系统设计CAN总线作为一种国际标准，已被公认为几种最有前途的现场总线之一。
由于采用了许多新技术及独特的设计，CAN 总线与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。
其特点可概括如下： CAN 是到目前为止惟一有国际标准的现场总线； CAN 为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从；在报文标识符上，CAN 上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，优先级高的数据最多可在 134 μs内得到传输；CAN 采用非破坏总线仲裁技术。
当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。
尤其是在网络负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪情况（以太网则可能）；CAN 节点只需通过对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据；CAN 的直接通信距离最远可达 10 km（速率 5 kbps以下）；通信速率最高可达 1 Mbps（此时通信距离最长为 40 m）； CAN 上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达 110 个。
在标准帧报文标识符有11 位，而在扩展帧的报文标识符（29 位）的个数几乎不受限制；报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低； CAN 的每帧信息都有 CRC 校验及其他检错措施，具有极好的检错效果；CAN 的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活； CAN 节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响； CAN 总线具有较高的性能价格比。
它结构简单，器件容易购置，每个节点的价格较低，而且开发技术容易掌握，能充分利用现有的单片机开发工具。
CAN 协议也是建立在国际标准组织的开放系统互联模型基础上的。
不过，其模型结构只有 3 层，即只取 OSI底层的物理层、数据链路层和应用层。
CAN总线下的煤矿安全监控系统设计
关键词：煤矿安全；CAN总线；dsPIC30F6012；监控系统引言煤矿安全监控系统能够对矿井下CH4、CO、温度、通风、粉尘等环境参数及机电设备的开关状态进行准确、实时的监测和报警，减少事故的发生，对煤矿安全生产具有非常重要的意义。
但是，煤矿井下环境十分恶劣，监测数据量大，监测点多且分散，采集的数据需要通过长距离通信线路上传，易受干扰影响，对监测系统的可靠性、实时性提出了严峻的考验。
CAN总线是一种应用于现场设备与控制室之间，支持分布式、实时控制的现场总线网络；采用双绞线传输、全分散、全数字化，抗干扰能力强，可构建多变量、多点检测的通信系统；可靠性高、实时性好，传输速率高，最高可达1Mb/s，最大传输距离为5km，完全满足煤矿安全监控的要求。
因此，本文设计了一种基于CAN总线的煤矿安全监控系统，现场智能节点以单片机dsPIC30F6012为检测控制核心，检测井下环境参数，并通过CAN总线实时、远距离上传至地面上位监控主机进行数据分析，全面实现井下安全生产监控。
1煤矿安全监控系统概述煤矿安全监控系统的总体结构如图1所示,由现场检测节点电路及测量传感器、CAN总线网络、CAN总线适配卡、上位机组成。
现场检测节点收集有害气体含量、温度等矿用传感器检测的环境数据，进行分析处理并就地显示及异常报警，同时通过CAN接口将数据实时发送到CAN总线上，也可通过CAN接口接收上位机下达的指令信息。
CAN总线可挂接110个检测节点，通过网桥方式可扩充节点数量，使监控不留死角。
上位PC机通过CAN适配卡获取由CAN总线传输的井下监测数据，并进行数据分析处理及存储，形成各种报表、异常报警及控制指令的下达。
2系统硬件设计（1）现场检测节点设计现场检测节点电路结构图如图2所示，节点以单片机dsPIC30F6012为核心，井下传感器输出的模拟信号送入dsPIC30F6012的片内A/D转换器，单片机以此获取井下环境参数信息，进行显示及与设定的限值进行比较，对异常情况进行报警；由单片机片内CAN总线控制器及高速光耦6N137、CAN总线收发器TJA1050T构成CAN 通信接口电路，用于数据的实时传输。
基于CAN总线的设备监控系统设计
基于CAN总线的设备监控系统设计盘龙;林光春;任德均;邓霖杰【摘要】介绍了一种基于CAN总线的设备监控系统的设计方法，监控的对象是不同品牌的PLC。
系统由一个主站模块和30个分支节点模块组成，各模块均采用ARM Cortex-M3内核的STM32F107系列单片机，它拥有内置CAN控制器，能够高效的实现CAN总线通信。
此外，各节点模块还拥有多种通信接口，支持多种PLC通信协议。
%This paper presents a method to design a kind of equipment monitor and control system based on CAN bus. The system is consist of PLCs in different brands, one Master module and 30 Slaves, each of which has a STM32F107 MCU with Cortex-M3 core, containing an internal CAN bus controller that makes the CAN bus works efficiently. In addition,each module has multiple transmission interfaces and supports communication protocols of all the PLCs on line.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】3页(P50-52)【关键词】CAN总线;Cortex M3;PLC通信协议【作者】盘龙;林光春;任德均;邓霖杰【作者单位】四川大学制造科学与工程学院，四川成都 610065;四川大学制造科学与工程学院，四川成都 610065;四川大学制造科学与工程学院，四川成都610065;四川大学制造科学与工程学院，四川成都 610065【正文语种】中文【中图分类】TP273CAN总线可靠性高，并具有良好的错误检测能力，可用于实现远距离串行通信。
基于CAN总线铁索桥铁索拉力平衡监控系统设计
检测系统部分
拉力传感器：灵敏度（mV/V）2.0±0.02 温度补偿范围（℃）-10~+40 非线性（%F.S)0.03 输入阻抗（Ω）700±7 输出阻抗（Ω）700±7 电缆线 四芯屏蔽电缆3m 接线方法 输入（电源）+：红线；输入（电源）-：黑色； 输出（信号）+：绿色；输出（信号）-：白色 输入重量，然后使弹性体变形，电阻应变片变形，再通过 电路连接。
ISO*1 国际标准化的串行通信协议。 2.了解拉力传感器的原理图以及作用（应变片可以将应变的变化转
换为电阻的变化，为显示与记录应变的大小，一般采用电桥电路实 现这种转换） 3.AD转换模块，利用24位高精度A/D转换HX711芯片完成串行通信 的模数转换。 4.主机将从机的传过来的拉力值进行对比，并作出相应的判断与操 作。
AD转换模块：实现了模拟量对数字量的转换。 24位A/D转换 简单的数字控制和串口通讯：所有的控制由管脚输
入。
可选择10Hz或80Hz的输出数据速率，同步抑制 50Hz和60Hz的电源干扰 耗电量（含稳压电源电路）典型工作电流:<1,7mA 断电电流：<1uA 工作电压范围：2.6~5.5V 工作温度范围：-20~+85℃ 16管脚的SOP-16封装
串口模块：串口通信电路是TTL和RS232电平互换的电路。串口 通信电路是使用MAX232芯片实现，该芯片有电源接口和两组串 口通信转换端接口。C4，C5，C7，C8组成电荷泵，C6是滤波 电容。TTL电平的高低电平范围为0-5V，RS232电平的高低电平 范围为-15V- +15V，它们不能直接连接；MAX232芯片的将单片 机输出的TTL电平转换成PC机能接受的RS232电平。
4.98V
一种基于CAN总线的电气火灾监控系统的设计
一种基于CAN总线的电气火灾监控系统的设计孙丁丁，王礼帅，齐辉中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院信电系，北京（100083）E-mail：sunddcumt@摘要:本文在分析了电气火灾监控系统的功能要求的基础上，设计了一种使用高档A VR 单片机的电气火灾监控系统。
CAN 网络由于具有速率高、抗干扰能力强等优点在火灾报警系统中得到广泛应用。
提出了基于CAN 总线的火灾监控系统的拓扑结构，主要介绍了其关键部分监控设备的硬件设计原理, 以及软件流程。
关键词: CAN 总线；电气火灾监控系统；ATMEGA1281. 引言随着新技术的不断发展, 对火灾报警控制器联网的要求也越来越高[1]。
火灾报警控制器不但要完成本机的报警、联动等功能, 还要把报警信息传送到其他报警控制器或显示系统中。
这就对其控制系统的通信能力, 尤其是可靠性和实时性提出了更高的要求。
RS485 总线是火灾报警系统中最早应用的一种总线, 但其传输速率较低, 抗干扰能力差, 对火灾报警及显示的响应速度慢。
于是基金会现场总线( FF) 、LonWorks、CAN 等多种新的总线方式应运而生。
2. 电气火灾监控设备总体方案设计根据电气火灾监控系统的基本功能，可以把电气火灾监控设备所要完成的任务概括如下：1）采用CANBus通讯方式，实现无主从方式的网络架构设计；2）应具有黑匣子功能，能存储10000条数据；3）能进行全中文的报警及操作提示；4）能打印漏电、故障及温度超限等信息；5）应具备时钟功能，能对漏电、故障及温度超限等发生时刻进行记录；6）具备声光报警功能；7）具有消防联动功能。
3. 电气火灾监控设备硬件设计根据总体方案设计的要求和特点，参考国内外同类系统的设计，吸取他们的优点，按照功能齐全、成本低廉、易于实现、便于生产、安全可靠的设计思想，对电气火灾监控设备进行了设计。
按照功能独立、易于维护的原则，所设计的电气火灾监控设备主要可分为CAN通信单元、人机接口单元、中央处理单元三部分。
基于CAN总线的煤矿现场监测站系统设计与研究
点 站 、分 支 中继介 质六 部分 组 成 。整 个 监 控 系 统 分 三
级 结 构 ，即 地 面 中心 站 一 现 场 监 测 站 一 传 感 器 。 其 中地 面 中 心站 负 责 接 收 、存 储 和 显 示 从 井 下 现
之 间的数 据采 集与通 信 ， 的 有效 工作 决 定 了煤 矿 它 安 全 监 控 能 否 顺 利 进 行 ， 因此 煤 矿 现 场 监 测 站 系 统在 煤矿 安全 监控 系统 中发 挥着 重要 作用 。
图 １ 整 个 煤 矿 监 测 系 统 结 构 框 图
从 图 １中可 以 看 出，现 场 监 测站 在 整 个 煤 矿
生 产 投 入 和 提 高 工 人 操 作水 平 成 为我 国煤 矿 安 全 生产 发展趋势 ｕ ’ 现 代 化 煤 炭 企 业 管 理 离 不 开 。 现 代 化 安 全 监 测 系 统 ，通 过 对 监 控 站 系统 所 测参
面
数 的 比较 和分 析 ，为 预 防 灾害 事 故提 供 技 术数 据 ，
１ 煤矿 现场监测站系统 总体 方案
整 个 煤 矿 监 测 系 统 是 由地 面 中心 站 、网 关 节
监 测 系统 中 占有 非 常 重 要 的地 位 ，它 的 总体 方 案
的确 定 ，直 接影 响其 功 能 和指 标 能 否 实 现 ，也 关 系整 个 监 测 监 控 系统 能 否 正 常运 行 。本 文所 设 计 的煤 矿 现 场 监 测 站 综 合 考 虑 了 安全 防爆 、 采 样速 度 、 通 讯 速 率 、维 护 方 便 性 以 及 使 用 可 靠性 等 多
务ｌ
訇 化
基于Ｃ Ｎ 线的煤矿现 场监测站系统设 计与研究 Ａ 总
Ｄｅｓｉ ｇｎ ａｎｄ ｅｓｅａｒ ｆ ｍ ｉ ｔ ｓ ａｔｏｎ ｓ ｒ ｃｈ ｏ ｎｅ ｓｉｅ ｔ ｉ ｙｓｔ ｅｍ ｂａｓ ｅｄ ｏｎ ＣＡＮ ｂｕｓ
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具体实现的串口类由两个 Java 类组成：OperateCOM 类和 ReadCOM 类，OperateCOM 类用来初始化串口，并启动数据接收进程；ReadCOM 类用来读取串口数据，并将一批数据 作为整体提交。SerialExample 类利用 OperateCOM 类和 ReadCOM 类进行串行通信的测试， 结果可以进行各种格式的显示。其中，OperateCOM 类与 ReadCOM 类的包名均为 SerialPort。
本系统具有模块化、开放式的结构，便于组网、使用、施工和维护，具有成本低、见效 快的特点，智能化程度较高，不仅实现了无人值班，而且可以在由网络的地方随时都可以总 览系统的实时负荷状况、查看其历史记录等。只要将系统稍加改动，还可应用到其它领域如 变电所的负荷监控系统、全自动抄表系统等，具有很强的实用价值。
监控也是及时发现故障隐患、有效防止火灾的有效途径。传统的负荷监控系统自动化水平都
很低，一般是通过人员值班对不同配电线路进行负荷观察、记录等，不仅工作量大，而且人
为因素影响很多，采集的数据还要进行分析处理，浪费了大量的人力、物力和财力。近几年
来随着计算机科学的飞速发展，智能仪表的出现，传统的负荷监控方式得到了很大的改观，
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显示以及与网络信息交换是通过中断的方式实现的，对负荷采样的优先级最高，与网络交换 信息的优先权次之，数据定时扫描显示的优先权最低。上电时，首先进行程序初始化，包括 对 AT89C52 的初始化和对 CAN 总线控制器的初始化。对 CAN 总线控制器的初始化包括设 置 SJA1000 的工作模式、通信波特率、验收滤波器、输出方式等。CAN 总线控制器正常工 作时，根据其与上位机通信的需要，分别调用 CAN 接受函数、CAN 发送函数、CAN 错误 处理函数和 CAN 溢出处理函数。在本系统中只完成上位机对下位机的通信，并不涉及到下 位机横向之间的通信。 5.2 网络显示软件的设计
detail. As long as that is a little change Can be applied to other areas and occasions.
Keywords: CAN-bus，Load Supervision，Intelligent Node，Java
1 引言
在很多场合都要对负荷进行监控，特别是在能源高度紧张的今天更是如此，对负荷进行
程序初始化、初始化 控制器
转换 数据采集
存储数据
调用数据
与
网
数据转换
络
交
扫描动态显
换
示负荷状态
信
息
调用数据
数据处理
否
导通可控 硅绿灯亮
智能判断是 违章电器吗
？ 否
总负荷超规 定负荷了吗
？
是
是 关闭可控 硅红灯亮 10秒 后 试 探负荷
图 4 智能采样节点软件框图 智能采样节点是以单片机 AT89C52 为核心，完成对负荷的采样、显示，并对负荷是否 超载及其中是否有违章电器进行判断，以控制负荷开关的通与断。本智能节点对负荷的采样、
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基于 CAN 总线的负荷监控系统的设计与开发
Study of the Load supervision System Based on CAN-bus (上海电机学院电气学院)韩强 杨志和 HAN QIANG YANG ZhI-HE
负荷的记录可以通过智能仪表来完成，实现无人值班。这个系统虽然已经将人员从繁重的工
作中解放出来，但还不够先进。随着网络技术的发展，人们要求通过网络能随时观察到整个
系统的负荷状态，而且不受时间、空间的限制。这里以学生宿舍的智能负荷监控系统为例说
明该系统的原理、组成、软硬件设计方法。还可以举一反三将该系统应用到其他场合。
CAN-bus
CAN-bus 网关
INTERNET
RS485 RS232
5 软件设计 5.1 智能采样节点软件框图
使用 VSPM 虚拟串口软件，可以将 CAN-bus 和 RS485 端口映射成本机的虚拟 COM 口，不但大 大减少了软件开发难度，还可兼容现有软件。 图 3 CAN-bus 网关
开始
本文作者创新点：本文设计的 CAN 总线智能节点可以有效地对负荷进行检测，并组成 CAN 总线网络，通过 CAN 总线网关将该检测控制网络与因特网连接，实现对多路负荷不受 时间、空间限制的全天候实时监控，还可以对所采集的数据进行处理、输出。
参考资料 [1] 杜尚丰 曹晓钟 徐津.CAN 总线测控技术及其应用.北京：电子工业出版社，2007 [2] 史久根 张培仁 陈真勇.CAN 现场总线系统设计技术.北京：国防工业出版社，2004 [3] 余永权.ATMEL89 系列单片机应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2002 [4] 谢翠兰 CAN 总线互连中网关的设计与实现，微计算机信息[J].2008，1-2：53-54 [5] 邓遵义，宁样，刘保国.基于 CAN 总线的分布式机器人控制系统设计. 微计算机信息
电源
数码显示
开关
负荷 开关
触发 模块
负载信号
负荷
转换器
控 制器
总线
图 2 智能采样节点框图 现在的学生宿舍大都是标准化公寓，从配电房向每一个房间单独配有供电线路和负荷开 关。为了能对每一个房间进行负荷监视和控制，智能芯片（AT89C52）通过触发模块能控制 负荷开关切断和接通负载（如小的接触器或可控硅等）；CAN 控制器由 Philips 公司的 SJA1000 芯片和 PCA82C250 芯片构成，SJA1000 芯片与 AT89C52 有良好的对应接口，可以 方便的实现对接，能完成 CAN 总线通讯协议所要求的所有功能，PCA82C250 芯片是 CAN 协议控制器和物理总线的接口，能增强总线的驱动能力，提高抗干扰水平；DIP 开关作为该 节点的标识地址，通过 AT89C52 在程序初始化时读入；数码显示用于现场显示当前的负荷 状态，采用动态扫描驱动方式；触发模块采用先进的 MOC3041 专用模块，具有光耦和过零 触发功能，是单片机控制强电接口的首选器件，能有效的实现强电和弱点的隔离；A/D 转换 器采用通用的 ADC0809 或 ADC0804，将从电流互感器输出的负荷信号转换为数字信号送入 单片机。 4.2 CAN-bus 网关 将每个 CAN-bus 端口数据转发到对应的 TCP/IP 端口，上位机软件通过 CAN ID 或通讯 协议来区分数据。本文采用虚拟串口方式与网关进行通讯。 (1) CAN-bus 帧转换模式 设备 CAN-bus 端口支持 CAN 数据包和流传输两种转换模式 1)CAN 数据包：采用特定的数据报文的形式，实现 CAN-bus 与以太网或串口之间的数 据传输，此模式采用 20 字节定长数据报文传输数据，封装了所有的 CAN-bus 2.0A/B 报文信 息，并且采用帧对帧转换传输模式，符合 CAN-bus 工作特性，实时性极好。 2)流传输模式：从以太网或串口接收到的任意格式的原始数据，将自动以 8 个字节为单 位，自动打包成 CAN-bus 2.0B 数据帧发送到 CAN-bus，CAN ID 由设备配置参数决定，如 果不足 8 个字节，则按照实际数据长度填充 CAN-bus 帧。从 CAN-bus 接收到的数据，只传 输 1-8 字节的 CAN-bus 数据区数据到以太网或串口。此模式用于传输 RS232/RS485 通讯协 议。
OperateCOM 类主要完成的工作是：取得串口 ID、打开串口、获取输入输出流、设置串 口参数、启动串口数据读取进程。然后，就是常用的读取串口数据、从串口发送数据，以及 关闭串口。
使用基于 WEB 的数据库来处理收到的数据信息，主要是存储和显示。我们使用的方法 是将所要显示的从串口获取的数据信息存在预先建好的表中，保存在数据库中，在 JSP 中建 立相应的数据源，利用数据库访问技术，处理、查询、并显示用户需要的信息。 6 结论
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2)通讯接口：虚拟串口通讯方式 在使用 CAN-bus 转 TCP/IP 模式时，可以使用 VSPM 虚拟串口软件，将设备 CAN-bus 端口对应的 TCP/IP 端口映射成本机的虚拟 COM 口，使用传统串口调试工具，就可以进行 CAN-bus 总线通讯调试。 也可以使用传统的串口编程方式进行应用开发，可以避免编写复杂的网络通讯代码。其 通讯方式与 CAN-bus 转串口通讯方式相同。
[J].2006 年的 22 卷 6-2 期:第 254-256 页 [6] 李明 嵌入式互连网络接口的设计与开发，工业控制计算机，2002 [7] 马玉春 Java 串行通信类的设计与应用 电脑编程技巧与维护[J].2008 年 04 期
2 系统组成
为了增强系统的抗干扰能力和简化施工的难度，本系统采用基于 CAN 总线的网络监视 和控制系统。利用 CAN 总线网络实现对现场数据的实时采集、传输和控制，通过上位机接
入校园网，在校园网上设置负荷监控子模块，对采集来的数据进行汇总、处理、记录，还可
以生成各种分析报表，必要时还可以对某路负荷进行控制，及时切断有隐患的负荷。系统组
摘要: 以校园学生宿舍负荷监控系统的设计为例，介绍了基于 CAN 总线的负荷监控系统的
原理、网络组成，并对网络智能节点的软硬件设计进行了详细的阐述，只要稍加改动还可应
用到其它领域和场合。
关键词: CAN 总线 负荷监控 智能节点 Java
中图分类号：TP273
文献标识码：A
Abstract： Through the load supervision design of the student’s dormitory in campus， the