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1  概述

    電氣火災是企業供電系統中危害最大的，最難以防范的事故之一，且監測技術薄弱，被電力部門列為25項重大事故防范之首，因此，避免電氣火災是保證企業供電系統安全運行的重大課題。在各種電氣火災中，電纜火災造成的損失巨大，近20年來，僅我國火電廠發生電纜火災140多次，70％以上的事故造成的損失非常嚴重，其中40％的事故造成特大損失。事故分析發現，約70％以上的電纜火災發生在電纜接頭處。
    在電力電纜線路中，電纜中間接頭是電力系統安全運行中的最薄弱環節。由于制作工藝的限制，在經過一段時間的大電流運行之后，電纜壓接點處容易產生過熱、氧化，使接觸電阻增大，接頭溫度升高，最終導致絕緣層損壞，造成接頭崩燒。一旦發生這種情況，勢必造成供電中斷，帶來巨大損失。因此，為防范電纜火災，本文把現場總線技術、單片機控制技術和數字化溫度傳感器結合起來，設計了這種基于CAN總線的數字化電纜溫度在線監測系統。

2  相關技術簡介

(1)  CAN總線技術
    CAN總線是比較常用的一種現場總線，它具有極高的可靠性和獨特的設計，以及高速率、長距離傳輸性能，特別適合于干擾較嚴重的工業現場設備互連。CAN 總線主要有如下特點：多主站依據優先權進行總線訪問；無破壞性地基于優先權的仲裁；借助接收濾波的多地址幀傳送；遠程數據請求；配置靈活；具有全系統數據相容性；錯誤檢測和出錯信號；發送期間丟失仲裁或由于出錯而遭受破壞的幀可自動重新發送；暫時錯誤和永久性故障節點的判別以及故障節點的自動脫離。
    CAN 總線特有的多主傳送方式，可以使各個分機根據需要自主發送數據，無需主機不停地輪詢，節省了網絡上的數據流量，提高了傳輸效能。CAN總線的上述性能都已固化在CAN 總線處理芯片之中，使用起來極為方便。

(2)  DS18B20單線數字溫度傳感器
    DS18B20是Dallas公司生產的單線數字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優點，特別適合于構成串行數字信號供微機處理。每片DS1820 都有唯一的產品序號并可存入其ROM 中，以便在構成大型溫度測控網絡系統時掛接任意多個DS18B20芯片。DS18B20數字溫度傳感器將測量到的溫度值轉換為數字存貯在傳感器內部，同時可以將此值與內部先用命令設定的上下限報警值進行比較，如超出設定值則報警。從DS18B20讀出或寫入信息僅需要一根口線，該總線本身可向所掛接的DS18B20供電，而不需要額外電源。

3  系統硬件設計

    RS232口轉換成CAN總線接口的原理圖如圖1所示。圖1中82C251為CAN 總線的物理接口芯片。主要將CAN總線的指令按差分信號電平發送和接收進來。TLP521為光電隔離器，SJA1000為CAN 總線協議轉換器，它將CAN 總線的各種協議功能用硬件完成，大大方便了軟件編程。MAX232和單片機89C51是將主計算機發出的串行指令變換成相應的并行指令給SJA1000。通過89C51 中的緩存器，可大大提高通信效率。控制主機PC和通信轉換器構成CAN總線數字化溫度測控網絡系統的控制中心。該中心對整個網絡進行遠程調度和控制管理。網絡的各個節點為CAN總線溫度測控器。
    CAN 總線溫度測控器原理圖如圖2所示。圖2中SJA1000 和82C251與通信變換器原理一樣，將并行數據信號轉換為CAN總線通信協議和對應的網絡信號進行傳輸。圖2中的KB開關組為測控器的地址設定開關，在圖中設計了兩路一線制測溫總線，每路用一只MOSFET 管提供電源供電，這樣每路上可以并聯上十幾只DS18B20數字溫度傳感器。一線制總線傳輸的是電平信號，因此各傳感器到測控器之間的距離應控制在30m范圍以內，這樣才能使系統工作可靠。

5  結語

    本文介紹的基于CAN總線的數字化電纜溫度在線監測系統，性能良好，在比較惡劣的工作環境中可以穩定可靠地工作。由于具有超溫預警功能，可以防患于未然。與用RS485總線構成的網絡相比，故障率大幅減少。本設計充分體現了CAN總線的直接數據交換的靈活性高、可靠、長距離傳輸以及工業現場設備互連的特點，是現場總線在工業自動控制中應用的典型事例。