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1  概述

    電氣火災(zāi)是企業(yè)供電系統(tǒng)中危害最大的，最難以防范的事故之一，且監(jiān)測(cè)技術(shù)薄弱，被電力部門(mén)列為25項(xiàng)重大事故防范之首，因此，避免電氣火災(zāi)是保證企業(yè)供電系統(tǒng)安全運(yùn)行的重大課題。在各種電氣火災(zāi)中，電纜火災(zāi)造成的損失巨大，近20年來(lái)，僅我國(guó)火電廠發(fā)生電纜火災(zāi)140多次，70％以上的事故造成的損失非常嚴(yán)重，其中40％的事故造成特大損失。事故分析發(fā)現(xiàn)，約70％以上的電纜火災(zāi)發(fā)生在電纜接頭處。
    在電力電纜線(xiàn)路中，電纜中間接頭是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中的最薄弱環(huán)節(jié)。由于制作工藝的限制，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的大電流運(yùn)行之后，電纜壓接點(diǎn)處容易產(chǎn)生過(guò)熱、氧化，使接觸電阻增大，接頭溫度升高，最終導(dǎo)致絕緣層損壞，造成接頭崩燒。一旦發(fā)生這種情況，勢(shì)必造成供電中斷，帶來(lái)巨大損失。因此，為防范電纜火災(zāi)，本文把現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)和數(shù)字化溫度傳感器結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)了這種基于CAN總線(xiàn)的數(shù)字化電纜溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2  相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介

(1)  CAN總線(xiàn)技術(shù)
    CAN總線(xiàn)是比較常用的一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，它具有極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，以及高速率、長(zhǎng)距離傳輸性能，特別適合于干擾較嚴(yán)重的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連。CAN 總線(xiàn)主要有如下特點(diǎn)：多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)；無(wú)破壞性地基于優(yōu)先權(quán)的仲裁；借助接收濾波的多地址幀傳送；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求；配置靈活；具有全系統(tǒng)數(shù)據(jù)相容性；錯(cuò)誤檢測(cè)和出錯(cuò)信號(hào)；發(fā)送期間丟失仲裁或由于出錯(cuò)而遭受破壞的幀可自動(dòng)重新發(fā)送；暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)的判別以及故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離。
    CAN 總線(xiàn)特有的多主傳送方式，可以使各個(gè)分機(jī)根據(jù)需要自主發(fā)送數(shù)據(jù)，無(wú)需主機(jī)不停地輪詢(xún)，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量，提高了傳輸效能。CAN總線(xiàn)的上述性能都已固化在CAN 總線(xiàn)處理芯片之中，使用起來(lái)極為方便。

(2)  DS18B20單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器
    DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理。每片DS1820 都有唯一的產(chǎn)品序號(hào)并可存入其ROM 中，以便在構(gòu)成大型溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)掛接任意多個(gè)DS18B20芯片。DS18B20數(shù)字溫度傳感器將測(cè)量到的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字存貯在傳感器內(nèi)部，同時(shí)可以將此值與內(nèi)部先用命令設(shè)定的上下限報(bào)警值進(jìn)行比較，如超出設(shè)定值則報(bào)警。從DS18B20讀出或?qū)懭胄畔H需要一根口線(xiàn)，該總線(xiàn)本身可向所掛接的DS18B20供電，而不需要額外電源。

3  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    RS232口轉(zhuǎn)換成CAN總線(xiàn)接口的原理圖如圖1所示。圖1中82C251為CAN 總線(xiàn)的物理接口芯片。主要將CAN總線(xiàn)的指令按差分信號(hào)電平發(fā)送和接收進(jìn)來(lái)。TLP521為光電隔離器，SJA1000為CAN 總線(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，它將CAN 總線(xiàn)的各種協(xié)議功能用硬件完成，大大方便了軟件編程。MAX232和單片機(jī)89C51是將主計(jì)算機(jī)發(fā)出的串行指令變換成相應(yīng)的并行指令給SJA1000。通過(guò)89C51 中的緩存器，可大大提高通信效率。控制主機(jī)PC和通信轉(zhuǎn)換器構(gòu)成CAN總線(xiàn)數(shù)字化溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制中心。該中心對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度和控制管理。網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)為CAN總線(xiàn)溫度測(cè)控器。
    CAN 總線(xiàn)溫度測(cè)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(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為CAN總線(xiàn)通信協(xié)議和對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行傳輸。圖2中的KB開(kāi)關(guān)組為測(cè)控器的地址設(shè)定開(kāi)關(guān)，在圖中設(shè)計(jì)了兩路一線(xiàn)制測(cè)溫總線(xiàn)，每路用一只MOSFET 管提供電源供電，這樣每路上可以并聯(lián)上十幾只DS18B20數(shù)字溫度傳感器。一線(xiàn)制總線(xiàn)傳輸?shù)氖请娖叫盘?hào)，因此各傳感器到測(cè)控器之間的距離應(yīng)控制在30m范圍以?xún)?nèi)，這樣才能使系統(tǒng)工作可靠。

5  結(jié)語(yǔ)

    本文介紹的基于CAN總線(xiàn)的數(shù)字化電纜溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，性能良好，在比較惡劣的工作環(huán)境中可以穩(wěn)定可靠地工作。由于具有超溫預(yù)警功能，可以防患于未然。與用RS485總線(xiàn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)相比，故障率大幅減少。本設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了CAN總線(xiàn)的直接數(shù)據(jù)交換的靈活性高、可靠、長(zhǎng)距離傳輸以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連的特點(diǎn)，是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在工業(yè)自動(dòng)控制中應(yīng)用的典型事例。