摘  要：論文介紹了基于電能計(jì)量芯片AD7755和CAN總線的一個(gè)電量遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。具體介紹了該系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)、工作原理以及各個(gè)組成模塊的基本特點(diǎn)，并且對(duì)上位機(jī)系統(tǒng)的軟件組成模塊進(jìn)行了介紹。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樓宇各個(gè)房間的用電量進(jìn)行管理和調(diào)度，而且可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)督從而達(dá)到節(jié)能的功效。

Design of Intelligent system of electricity long-rang control based on CAN Bus

0 引言

      隨著我國(guó)《電力法》的版本和電力市場(chǎng)的逐步形成，供電方在供電時(shí)必須保證供電質(zhì)量和供電可靠性，這就要求有高度的自動(dòng)化管理系統(tǒng)做保證。為此，作者開發(fā)了基于CAN總線的電量遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是對(duì)辦公樓宇的各個(gè)房間進(jìn)行遠(yuǎn)程電量監(jiān)控。可以對(duì)各個(gè)房間用電參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，例如電壓、電流、功率、電能、三相不平衡度等，并能實(shí)時(shí)向終端數(shù)據(jù)庫(kù)上傳數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)房間用電負(fù)荷的監(jiān)測(cè)和控制。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

      該系統(tǒng)主要由用電參數(shù)采集部分和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布兩大部分組成。用電參數(shù)采集部分主要是通過(guò)電能計(jì)量芯片AD7755和單片機(jī)80C51實(shí)現(xiàn)對(duì)用電參數(shù)的采集，可將一天分為48個(gè)時(shí)段，也就是每半個(gè)小時(shí)為一個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段將電量采集結(jié)果發(fā)送一次，然后通過(guò)CAN控制器SJA1000和CAN收發(fā)器將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器中，然后服務(wù)器通過(guò)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的形式將這些數(shù)據(jù)發(fā)布出去。用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)實(shí)時(shí)的和歷史的數(shù)據(jù)。

圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Fig.1 Diagram of System

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1  電量采集電路設(shè)計(jì)

      該電路以電能計(jì)量芯片AD7755為核心實(shí)現(xiàn)對(duì)辦公樓各個(gè)房間用電的計(jì)量，并將電能信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)送到單片機(jī)處理電路。圖2 為AD7755 的應(yīng)用電路原理圖。圖中電流信號(hào)和電壓信號(hào)分別通過(guò)其互感器送入各輸入通道, 電壓和電流通道上額定值要設(shè)計(jì)在最大輸入電壓的半刻度上, 使電表能滿足過(guò)壓和過(guò)流的要求。單片機(jī)對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù), 計(jì)數(shù)值的大小即反映電能消耗的多少。AD7755 的無(wú)負(fù)載門限和啟動(dòng)電流特性將消除電表中的漏電效應(yīng), 如果負(fù)載產(chǎn)生的輸出頻率低于AD7755 的規(guī)定最小輸出頻率,AD7755 將不會(huì)輸出任何脈沖。

圖 2  AD7755應(yīng)用電路原理圖

Fig.2 Application Circuit Diagram of AD7755

      本系統(tǒng)利用AD7755 的功率處理功能,在單片機(jī)的輔助作用下,實(shí)現(xiàn)電能的測(cè)量,方法簡(jiǎn)便有效,有很高的實(shí)用價(jià)值。

2.2  CAN總線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      CAN的通信協(xié)議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實(shí)現(xiàn)CAN總線協(xié)議的部分和實(shí)現(xiàn)與微處理器接口部分的電路組成。對(duì)于不同型號(hào)的CAN總線通信控制器，實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議部分電路的結(jié)構(gòu)和功能大多相同，而與微處理器接口部分的結(jié)構(gòu)和方式存在一些差異。

      本系統(tǒng)CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)，采用89C51 作為節(jié)點(diǎn)的微處理器在CAN 總線通信接口中采用PHILIPS 公司的SJA1000 和82C250 芯片，SJA1000 是獨(dú)立CAN 通信控制器，82C250 為高性能CAN 總線收發(fā)器。

      SJA1000是一種獨(dú)立CAN控制器，它是PHILIPS公司的PCA82C200 CAN控制器的替代產(chǎn)品。SJA1000具有BasicCAN和PeliCAN兩種工作方式 , PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN 2.0B協(xié)議。

      圖3為系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件電路原理圖。從圖中可以看出，電路主要由四部分所構(gòu)成：微控制器89C51、獨(dú)立CAN 通信控制器SJA1000、CAN總線收發(fā)器82C250和高速光電耦合器6N137。微處理器89C51負(fù)責(zé)SJA1000的初始化，通過(guò)控制SJA1000實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。

圖 3 系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件電路原理圖

Fig.3 Hardware Circuit Diagram of System Intelligent Nodes

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇 

      系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量大，類別多。管理復(fù)雜數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與管理是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵?？紤]到系統(tǒng)數(shù)據(jù)量的大小以及與操作系統(tǒng)的兼容性等原則，該系統(tǒng)選用SQL Server 2000。SQL Server價(jià)格低廉，易用性好，較大的數(shù)據(jù)庫(kù)也非常容易維護(hù)，特別適合那些需要建立大中型數(shù)據(jù)庫(kù)又不是很精通數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的企業(yè)。表1列出了數(shù)據(jù)庫(kù)選擇的一般原則。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      根據(jù)需求分析，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中重要表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

      員工信息表User_Infor記錄用戶的相關(guān)信息，如：?jiǎn)T工ID、員工姓名、用戶權(quán)限、用戶密碼、聯(lián)系電話、部門ID等。

      部門信息表Depart_Infor記錄該部門的相關(guān)信息，如：部門ID、部門名稱、負(fù)責(zé)人ID、部門代號(hào)等。

      房間信息表Room_Infor記錄該房間的相關(guān)信息，如：采集節(jié)點(diǎn)ID、房間ID、部門ID等。

      時(shí)間段劃分表Time_Divide記錄一天時(shí)間段劃分信息，如：時(shí)間段、時(shí)間段ID等。

      電量功率表Elec_Power記錄該房間的用電量和最大功率的相關(guān)信息，如：采集節(jié)點(diǎn)ID、日期、時(shí)間段ID、電量、最大功率等。

圖4  電量管理系統(tǒng)的ER圖

Fig.4  the ER diagram of Electricity Management System

3.3 登錄模塊設(shè)計(jì)

      在任何數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)中，用戶要進(jìn)入這個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)并使用其中的功能模塊，都要首先通過(guò)系統(tǒng)的身份認(rèn)證，這個(gè)過(guò)程叫做登錄。一般情況下，登錄模塊需要完成以下任務(wù)：a）根據(jù)用戶輸入的用戶名和密碼來(lái)判斷是否允許該用戶進(jìn)入該系統(tǒng)；b）根據(jù)用戶類型決定用戶擁有的權(quán)限。

      下面是登錄模塊的工作流程圖。

圖 5 登錄模塊流程圖

Fig.5 Flow Chart of Login Module

3.4 查詢模塊設(shè)計(jì)

      當(dāng)用戶登錄成功后，就進(jìn)入查詢界面，用戶可以通過(guò)選擇日期和輸入時(shí)間來(lái)選擇查詢不同時(shí)間段的電量信息，據(jù)此可以知道自己的用電情況。對(duì)于電量管理部門，也可以以此做為限制電量、收取適當(dāng)費(fèi)用、制定電量規(guī)劃等的重要依據(jù)。

      本模塊主要通過(guò)VB和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)的完美結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

      利用ADO對(duì)象模型實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序中對(duì)數(shù)據(jù)源的訪問(wèn)操作，包括增加、刪除、查詢、修改等常用操作。應(yīng)用程序中的關(guān)鍵代碼如下：

Private myConn As New ADODB.Connection

Private myRecord As New ADODB.Recordset

Dim mySQL As String

Set myConn = New ADODB.Connection

myConn.ConnectionString = “Server=localhost;Database=electricity;Trusted_Connection=yes"

myConn.Open

Set myRecord = New ADODB.Recordset

myRecord.Open “ electricity” , myConn, adOpenDynamic

mySQL = “SQL語(yǔ)句”

myConn.Execute mySQL

Adoc1.Refresh

Set DataGrid1.DataSource = Adodc1

4 結(jié)  論

      本系統(tǒng)利用電能計(jì)量芯片AD7755和CAN總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)電量遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，由于CAN總線具有可靠性高、波特率高、采用多主節(jié)點(diǎn)通信方式等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高速可靠的數(shù)據(jù)通訊，SQL數(shù)據(jù)庫(kù)和VB的完美結(jié)合實(shí)現(xiàn)了電量信息實(shí)時(shí)發(fā)布出來(lái)，實(shí)驗(yàn)證明這個(gè)電量遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)式可行的。