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关于CAN总线的接触网隔离开关监控系统的设计探究 　　目前国内铁道机务段使用接触网隔离开关进行电分段, 一部分机务段对隔离开关的动作仍是手动操作, 不仅效率低, 而且操作员的安全隐患系数非常大;另一部分采用微机监控方式, 采用RS232/485和无线通信方式, 然而RS232/485 的通信距离无法达到要求, 无线通信又对现场的辐射、电场及磁场的要求比较苛刻。考虑到机务段工作环境比较恶劣, 笔者提出构建一种新的监控系统, 该系统采用具有强纠错能力、高性价比的CAN总线通信方法, 并在接触网上设有2.5万伏的高压。为了保障在机车顶部作业工作人员的安全, 系统采用了一人操作一人监护且均需要刷卡的互锁机制, 采用可供选择的联机验证模式和独立操作模式, 符合铁道部《电气化铁路有关人员电气安全规则》第24 条所给出的接触网隔离开关操作的规定。 　　随着嵌入式系统应用的发展, 各现场总线的应用日益广泛, 其中控制器局域网(controlareanetwork, CAN)总线以结构简单、低成本、高可靠性、实时性和抗干扰能力强等优点在工业现场控制等众多领域得到了广泛应用。CAN能有效支持具有很高安全等级的分布实时控制, 已被列入ISO国际标准, 称为ISO11898。CAN协议是建立在国际标准组织的开放系统互联模型基础上的, 不过其模型只有3层, 即OSI底层的物理层、数据链路层和应用层。由于其结构层次少, 因而有利于系统中实时控制信号的传送。 　　1　系统总体方案设计 　　整个系统包括以AVR128单片机为主控制器的下位机监控装置、CAN通信模块和上位机监控系统3个部分。下位机监控装置包括液晶面板、键盘、语音、时钟、射频卡、电机控制、信号机控制、CAN总线智能节点等模块, 以及一些开关量输入输出等;CAN通信模块包括CAN总线程序设计、CAN-RS232转换器和CAN总线应用层协议设计等;上位机包括RS232通信、监控界面以及数据库等。 　　下位机负责采集并显示现场隔离开关的状态和执行开关动作, 是操作员和监护员与系统的主要操作界面。下位机监控装置一共有10个, 在CAN网络里被定义为节点1 ～ 10;上位机负责远程监控, 并提供操作员和监护员的数据库, 提高了整个系统的安全性;CAN通信模块是下位机与上位机通信的转换模块, 由于监控主机(上位机)没有CAN标准接口, 故需要专门设计一个转换装置, 即CAN通信模块, 它实质就是CAN-RS232的转换器, 负责数据的传输。 　　2　下位机监控装置 　　下位机监控装置设置在一个防护亭里面, 其操作面板上设有接触网开关状态指示灯、操作按钮和钥匙闭锁开关等。 　　综合考虑价格、IO资源及功能要求, 选择Atmel公司的AVRATmega128单片机作为主控制芯片;液晶面板选择OCM12864, 用在下位机监控装置上, 显示当前隔离开关的状态、机车号、操作员卡号及操作步骤提示;键盘设计为4 times;4的矩阵键盘, 通过ATmega128的PB口组建而成, 用来输入机车号、卡号及进行删除、确认等功能操作;语音芯片采用BMP5008系列4 M的语音模块, 主要用来对在防护亭里工作的操作员和监护员播放操作步骤及一些其他提示, 并配合液晶显示模块进行步骤提示工作;时钟模块主要是使下位机监控装置上能显示当前的时间, 选用了涓流充电时钟芯片DS1302, 能提供2100 年前的秒、分、时、日、月、年的时间信息;射频卡主要是达到认证的目的, 通过IC卡和上位机上的数据库, 认证操作员和监护员的身份, 只有操作员和监护员同时刷卡成功且卡号对应才能进行隔离开关的闭合或打开操作;通过AVR128单片机输出的开关信号来控制电机正转或反转, 从而使与电机连接的隔离开关断开或闭合;CAN总线智能节点的主要目的是使每一个下位机监控装置里的AVR128单片机都作为CAN总线上的一个子节点, 从而完成CAN总线的组网。 　　3　CAN通信模块设计 　　3.1　CAN通信模块的硬件设计 　　CAN通信模块主要负责处理各个下位机监控装置与监控主机的信息通信问题, 下位机监控装置与通信控制单元采用CAN通信, 监控主机与通信控制单元采用RS232通信, 故该模块实质上是一个CAN-RS232转换卡, 同时也是CAN网络中的一个CAN节点, 定义为节点0。 　　CAN通信模块的控制芯片采用STC89C52单片机;CAN控制器采用Philips公司的独立CAN控制器SJA1000, 兼容CAN2.0A和CAN2.0B两种技术规范;CAN驱动器采用Philips公司的PCA82C250, 可提供对总线的差动发送和接收功能. 　　下位机监控装置的信息通过CAN总线发送给CAN通信模块,