摘  要：論文介紹了基于電能計量芯片AD7755和CAN總線的一個電量遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案。具體介紹了該系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)、工作原理以及各個組成模塊的基本特點，并且對上位機系統(tǒng)的軟件組成模塊進(jìn)行了介紹。該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)對樓宇各個房間的用電量進(jìn)行管理和調(diào)度，而且可以實現(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《電力法》的版本和電力市場的逐步形成，供電方在供電時必須保證供電質(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)主要是對辦公樓宇的各個房間進(jìn)行遠(yuǎn)程電量監(jiān)控。可以對各個房間用電參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，例如電壓、電流、功率、電能、三相不平衡度等，并能實時向終端數(shù)據(jù)庫上傳數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對各個房間用電負(fù)荷的監(jiān)測和控制。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

      該系統(tǒng)主要由用電參數(shù)采集部分和數(shù)據(jù)實時發(fā)布兩大部分組成。用電參數(shù)采集部分主要是通過電能計量芯片AD7755和單片機80C51實現(xiàn)對用電參數(shù)的采集，可將一天分為48個時段，也就是每半個小時為一個時段，每個時段將電量采集結(jié)果發(fā)送一次，然后通過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)器通過動態(tài)網(wǎng)頁的形式將這些數(shù)據(jù)發(fā)布出去。用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問實時的和歷史的數(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

2.1  電量采集電路設(shè)計

      該電路以電能計量芯片AD7755為核心實現(xiàn)對辦公樓各個房間用電的計量，并將電能信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號送到單片機處理電路。圖2 為AD7755 的應(yīng)用電路原理圖。圖中電流信號和電壓信號分別通過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)計在最大輸入電壓的半刻度上, 使電表能滿足過壓和過流的要求。單片機對輸入脈沖進(jìn)行計數(shù), 計數(shù)值的大小即反映電能消耗的多少。AD7755 的無負(fù)載門限和啟動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,在單片機的輔助作用下,實現(xiàn)電能的測量,方法簡便有效,有很高的實用價值。

2.2  CAN總線通信系統(tǒng)設(shè)計

      CAN的通信協(xié)議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實現(xiàn)CAN總線協(xié)議的部分和實現(xiàn)與微處理器接口部分的電路組成。對于不同型號的CAN總線通信控制器，實現(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，采用89C51 作為節(jié)點的微處理器在CAN 總線通信接口中采用PHILIPS 公司的SJA1000 和82C250 芯片，SJA1000 是獨立CAN 通信控制器，82C250 為高性能CAN 總線收發(fā)器。

      SJA1000是一種獨立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，通過控制SJA1000實現(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

3.1 數(shù)據(jù)庫的選擇 

      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)庫的設(shè)計與管理是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。考慮到系統(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價格低廉，易用性好，較大的數(shù)據(jù)庫也非常容易維護(hù)，特別適合那些需要建立大中型數(shù)據(jù)庫又不是很精通數(shù)據(jù)庫平臺的企業(yè)。表1列出了數(shù)據(jù)庫選擇的一般原則。

3.2 數(shù)據(jù)庫表的結(jié)構(gòu)設(shè)計

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

      員工信息表User_Infor記錄用戶的相關(guān)信息，如：員工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ID、房間ID、部門ID等。

      時間段劃分表Time_Divide記錄一天時間段劃分信息，如：時間段、時間段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ID、日期、時間段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

      在任何數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中，用戶要進(jìn)入這個應(yīng)用系統(tǒng)并使用其中的功能模塊，都要首先通過系統(tǒng)的身份認(rèn)證，這個過程叫做登錄。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

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

      本模塊主要通過VB和SQL數(shù)據(jù)庫的完美結(jié)合來實現(xiàn)的。

      利用ADO對象模型實現(xiàn)應(yīng)用程序中對數(shù)據(jù)源的訪問操作，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語句”

myConn.Execute mySQL

Adoc1.Refresh

Set DataGrid1.DataSource = Adodc1

4 結(jié)  論

      本系統(tǒng)利用電能計量芯片AD7755和CAN總線技術(shù)實現(xiàn)了一個電量遠(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)點通信方式等特點，實現(xiàn)了高速可靠的數(shù)據(jù)通訊，SQL數(shù)據(jù)庫和VB的完美結(jié)合實現(xiàn)了電量信息實時發(fā)布出來，實驗證明這個電量遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)式可行的。