摘要：為了提高系統電源供電的可靠性和智能化，提出了一種以TI高性能數字信號處理器TMS320F2812為控制器且基于CAN總線的直流電源供電系統的設計方法。同時詳細討論了基于CAN總線的系統軟件流程設計和調試方法。
關鍵詞：DSP；直流電源；CAN總線；參數采集

O 引言
    電源在系統中可靠、安全的運行離不開對它的實時臨測和控制。為了提高系統供電電源的可靠性，本文以集成有eCAN模塊和ADC采集模塊
的TMS320F2812數字信號處理器作為核心控制器，提出一種直流電源供電系統的設計方法。該系統可通過對系統電壓、電流參數的實時監(jiān)控和
對過流、欠壓保護的快速響應來實現系統直流供電的智能化。

1 系統總體設計
    實際系統通常有多路負載，為研究方便，在此以單路來進行討論。其系統組成如圖1所示。其中電源管理器是該供電系統的控制核心，包括DSP處理器、CAN接口、電流及電壓檢測電路等。系統上電后，即可對蓄電池的電壓和電流進行不間斷監(jiān)控?；旌铣潆娖骺山邮苤绷骰蚪涣鞴╇娸斎?，其中：直流來自車輛發(fā)電機組，當電源管理器檢測到車輛發(fā)電機的轉速信號高于某一設定值時，即接通繼電器l實現直流供電，反之則斷開；交流供電來自市電220 V，當電源管理器檢測到市電接入時，將斷開繼電器1以實現交流優(yōu)先供電。繼電器2作為系統中的控制元件，可在電流傳感器檢測到系統過流時馬上斷開。上位機與電源管理器之間可通過CAN進行通信。系統上電后，可由電源管理器向上位機發(fā)送電壓、電流信號的采集信息，同時，電源管理器可接收來自上位機的指令信息。

2 硬件實現
    本直流電源供電系統的電源管理器采用TMS320F2812為處理器，該芯片是美國TI公司2000系列的32位低功耗定點DSP，主頻高達150MHz，具有強大的數據處理能力和快速的中斷響應能力。TMS320F2812片內有128Kxl6位Flash和18Kxl6位高速RAM。片上還集成了豐富的外設資源，其中包括SPI、SCI、eCAN和MeBSP等串口外圍設備，以及16通道的12位模數轉換器(ADC)和56個獨立的可編程、多用途的通用輸入輸出接口(GPIO)等。本文用到的資源有eCAN、ADC、CAP和GPIO。

    本系統的硬件功能結構如圖2所示。圖中，蓄電池電壓經電壓檢測電路采集后，便可進入ADC的CHO通道，蓄電池的電流信號經電流傳感器和信號調理電路后即可進入ADC的CHl通道；發(fā)動機轉速信號由DSP的外設模塊事件管理器(EV)捕獲單元CAP以實現采集；DSP內嵌的eCAN控制器則可通過CAN收發(fā)器后與上位機相連，從而實現系統的通信控制；另有3路GPIO口分別用于實現AC220V接入檢測及繼電器1、繼電器2的通斷控制；其它電路還包括電源、復位電路和JTAG。下面詳細討論該系統的參數采集設計和CAN接口設計。[!--empirenews.page--]
2．1 參數采集
    (1)電壓采集
    蓄電池的電壓信號采集通?？梢杂删€性光耦HCNR201和運算放大器LM358P來實現，其具體的電壓采集電路如圖3所示。HCNR201是美國Ag-
ilent公司生產的高精度模擬光耦，具有成本低、線性度高、穩(wěn)定性高、設計靈活等特點，它由一個高性能的發(fā)光二極管(LED)和兩個光敏二極管PDl、PD2組成。

   由于這種DSP信號處理器內嵌的ADC采集模塊的信號輸入幅值范圍為0～3 V，故需將蓄電池的端電壓信號先經電阻R3分壓處理，以保證光耦
輸出的信號電平符合DSP的輸入要求，在軟件編程時，再乘以相應的倍數，即可恢復電壓的原始值。若經過R3后的信號為Vin，光耦輸出的信號為Vout，則有：
    Vout=KVinR2／R1 (1)
式中，K為傳輸增益，對于每一只HCNR201來說，K是恒定的，其值在1+0．05之間，典型值為1?？梢钥闯觯ㄟ^調節(jié)R1、R2的值可改變該隔離電路的增益。本例中，選擇R1=R2，即僅實現電壓信號的隔離而不放大。Cl、C2作為反饋電容，主要用于信號濾波，具體參數的選擇請參考相關文獻。但在設計中要特別注意：必須保證U2、U3是分開供電的。
    (2)電流采集

    閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理如圖4所示，它的原邊電流In所產生的磁場，可通過一個副邊線圈的電流Im所產生的磁場進行補償，從而使霍爾器件始終處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。當原副邊補償電流產生的磁場在磁芯中達到平衡時，即有如下等式：
    NIn=MIm (2)
式中：In為原邊電流；N為原邊線圈的匝數；Im為副邊補償電流；M為副邊線圈的匝數。由上式可以看出，在已知傳感器原邊和副邊線圈匝數
時，通過測量副邊補償電流Im的大小，即可推算出原邊電流In的值，從而實現原邊電流的隔離測量。
    本設計采用閉環(huán)霍爾電流傳感器來采集蓄電池的電流信號，該霍爾電流傳感器的輸出信號Sensor_IN進入儀表放大器AD620調理后，即可進入DSP的ADC通道ADC_CHl，圖5所示是其電流采集電路。

    (3)轉速采集
    發(fā)電機輸出的轉速是一個近似的正弦信號，其峰峰電壓值在l～20 V之間。轉速信號采集電路的原理如圖6所示，輸入的轉速信號經整流、限幅并在三極管的開關作用下可變?yōu)榉讲ㄐ盘?，然后經過光電隔離后輸入到DSP控制引腳CAP2，即可進行捕獲。

2．2 CAN接口
    本系統中的CAN接口電路如圖7所示，其CAN_TX、CAN_RX分別來自TMS320F2812(176PGF)的腳87和引腳89，設計中，需配置該引腳為CAN外設模式。CTM8251AT芯片內部集成有CAN隔離及CAN收發(fā)器件，可將CAN控制器的邏輯電平轉換為CAN總線的差分電平，且具有高達DC 2500V的隔離電壓，而且接口簡單。在輸出信號CAN_H、CAN-L之間并聯一個120 Ω的電阻可進行阻抗匹配，以抑制反射波的干涉。

[!--empirenews.page--]

3 軟件設計
3．1 軟件流程
    本系統的主程序和CAN接收中斷程序流程如圖8所示。工作流程：系統開機后進行上電自檢、初始化設置，如有故障則進行故障排除，無故障則程序進入while循環(huán)，在該循環(huán)內進行參數采集、CAN數據發(fā)送、負載開機控制。中斷程序負責從上位機接收CAN數據。

3．2 CAN通信設計
    TMS320F2812數字信號處理器所集成的增強型CAN控制器通信接口與CAN2．0B協議完全兼容，其32個可以獨立配置的郵箱及其時間標志特性有力地保證了電磁噪聲環(huán)境下與其他控制器的串口通信能力。

    設計中，配置郵箱0為查詢方式發(fā)送，郵箱16為中斷方式接收，數據采用標準數據幀(11位ID)格式，相應的信息發(fā)送和接收流程如圖9所
示。當配置為發(fā)送時，設置相應郵箱的傳送請求標志(TRS)為1啟動發(fā)送，當相應郵箱的傳送應答標志(TA)置位時表明發(fā)送數據成功，清除應
答標志TA等待下一次發(fā)送；對于接收郵箱，每個郵箱成功接收到信息后，郵箱的接收數據懸掛寄存器(RMP)相應的位為l并初始化一個中斷，讀取數據后需要清除RMP位。

4 結束語
    本文基于帶有CAN總線控制器的DSP芯片TMS320F2812設計了一種直流電源供電系統，同時詳細闡述了該電源供電系統參數的采集方法和CAN總線接口的設計技巧。使用表明，該系統在惡劣環(huán)境下具有良好的工作性能，可為工程測量領域提供一種完備的測試方案，具有較強的工程應用價值。