摘 要： 介紹了一種實用并聯UPS監控系統" title="監控系統">監控系統的設計，對于這種基于SJA1000的PeliCAN模式的智能節點在模塊UPS系統中的設計方法" title="設計方法">設計方法，給出了硬件電路及相關軟件設計方法，該系統的設計實用，對于研制其他應用CAN總線產品具有借鑒意義。
關鍵詞： CAN; DSP; 驗收濾波器
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不間斷電源UPS(Uninterruptible Power Supply)的高可靠性為金融、電信、保險、交通、稅務、證券、能源、制造、軍隊、教育等行業提供了重要的電源保障，模塊化并聯UPS系統以其增強的可靠性和靈活的擴容能力倍受商家、用戶的青睞。
本文介紹一款采用分散邏輯控制技術實現并聯冗余控制的模塊化并聯UPS系統，系統原理圖如圖1所示。
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該并聯系統中,每個模塊UPS各有一套自己獨立的控制系統（包括PFC、鎖相、逆變、并聯控制單元等）。其中各模塊UPS之間通過并聯控制線及CAN總線互聯。在并聯控制單元與CAN總線的共同控制下，處于并聯運行狀態的各模塊UPS電源共同分擔負載，實現負載的均分。
CAN(Controller Area Network)是一種成熟的現場總線，其最大特點是對數據通訊塊進行編碼,因而可采用多主方式,網絡上任意節點均可主動向其他節點發送信息。網絡節點可按系統實時性要求分成不同的優先級,一旦發生總線沖突,會減少總線仲裁的時間，可實現在線上網下網、即插即用和多站接收。
在模塊UPS系統中，各UPS模塊是CAN總線網絡結構中的下位節點，模塊UPS系統監控板視為上位節點。作為下位節點的各模塊UPS電源的運行參數通過CAN總線網絡進行高速傳輸，實現各UPS電源運行參數的高速共享。通過運行參數的高速共享，嵌入各高頻UPS內部的中央處理器DSP對各UPS單機的運行狀態進行實時控制。
1 系統的硬件電路設計
該模塊UPS系統采用DSP數字控制技術，以美國TI公司的DSP芯片TMS320F240為各節點主控CPU，選擇常見的獨立CAN控制器SJA1000以及82C250總線收發器構成各智能節點電路。SJA1000與DSP分別采用獨立的20MHz時鐘源。SJA1000提供的微處理器的接口信號主要有控制器的數據和地址分時復用線AD0～AD7共8根地址數據線和ALE、
、MODE、INT信號，其中MODE為接口方式選擇信號，可選用INTEL方式或MODTOROLA方式，這里選用INTEL方式，MODE=1。而DSP內部采用先進的哈佛結構，地址、數據線并行，沒有ALE地址有效信號。通過對SJA1000和TMS320F240的時序分析得出：必須在DSP與SJA1000間附加相應的時序邏輯電路以滿足SJA1000的接口信號ALE、
要求，這里SJA1000選用INTEL方式，MODE=1,按以下邏輯關系設計:
2 系統的軟件設計
SJA1000有兩種操作模式：BasicCAN模式和PeliCAN模式。BasicCAN模式使得SJA1000向下兼容CAN控制器82C200，對于BasicCAN僅有單一濾波的方式；PeliCAN模式是新增功能操作模式，在錯誤處理、超載能力以及比較靈活的接收濾波等方面性能都有了很大的提高。這里對PeliCAN模式的驗收濾波器" title="驗收濾波器">驗收濾波器作說明。
2.1 采用PeliCAN模式的濾波器簡介
PeliCAN模式的濾波方式有單濾波和雙濾波兩種方式。SJA1000的報文驗收濾波就是指對接收報文的節點而言，總線控制器對CAN總線上的報文信息如何進行選擇接收。此工作由驗收濾波器完成，它由驗收碼寄存器ACR和驗收屏蔽寄存器AMR組成。在本系統中，發送節點的主控制器DSP將報文信息的識別碼和數據送入發送緩沖區，再啟動SJA1000讀取發送緩沖區中的數據,按CAN協議封裝成一完整的CAN信息幀，通過收發器82C250發往總線。發送報文節點的發送緩沖區存儲一個完整的信息幀長度可達13B，標準幀格式在發送緩沖器里配置的列表如圖2所示，其中幀信息主要提供關于幀格式、遠程請求、數據代碼長度（可達8個字節）等信息；識別碼（ID）就像報文的名字一樣使用在驗收濾波過程中，標準幀格式的識別碼有11位(ID.28～ID.18)，驗收濾波器把接收到報文的識別碼和驗收代碼寄存器ACR中的值進行逐位比較；而接收屏蔽寄存器AMR用來定義識別碼中哪些位是與比較相關。所有對應AMR為0 的ACR的位,必須和CAN信息幀的對應位相同才算驗收通過，報文才會被接收；所有對應AMR 為1的 ACR位，則予以屏蔽，即CAN 信息幀的該位對驗收無任何影響，屬于不相關位。當信息被正確接收完畢， CAN的狀態寄存器SR的接收緩存器狀態位被置位；在接收中斷使能時，產生接收中斷。
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PeliCAN模式的單濾波方式只有一個由4個驗收碼寄存器ACR和4個驗收屏蔽寄存器AMR組成的驗收濾波器，總線上的信息只有通過了它的驗收濾波才予以接收。在雙濾波方式下有兩個短濾波器（濾波器1、濾波器2）接收信息幀，通過任意一個濾波器即可予以接收。無論是單濾波還是雙濾波，驗收碼寄存器ACR 和驗收屏蔽寄存器AMR 都是配合在一起工作。雙濾波方式的驗收信息的原理如圖3所示。
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2.2 采用PeliCAN模式的雙" title="的雙">的雙濾波器的UPS節點工作原理
從上節介紹可知，對于僅有一種濾波格式的BasicCAN模式和PeliCAN模式下的單濾波方式，要使系統具有既能點對點、又有點對多點" title="多點">多點通訊的功能，將會增加軟件的工作量，系統的實時性也會受影響，而PeliCAN模式下的雙濾波方式，可方便地實現CAN網絡內的點對點一般報文和點對多點的廣播報文通訊功能。
考慮到本系統要求上位監控節點需能對下位UPS節點群發命令，如上位監控節點要求下位各模塊UPS能同時關輸出等；同時上位節點對各下位節點具有群接收數據功能，如接收下位各模塊UPS上傳送的運行參數；此外，上位節點還應能與諸下位節點進行點對點的通訊，如發現下位的某模塊UPS參數不正常，要求其退出并聯系統，為此，決定采用PeliCAN的雙濾波器工作模式設計智能節點。接收報文為標準幀，其雙濾波器中濾波器1使用的驗收碼寄存器和屏蔽寄存器為：ACR0/ACR1 或ACR3 的低四位、AMR0/AMR1 或AMR3的低四位，濾波器2使用的驗收碼寄存器和屏蔽寄存器：ACR2 或ACR3 的高四位、AMR2 或AMR3 的高四位，如圖4所示。設濾波器1與濾波器2使用的驗收屏蔽寄存器內容相同，報文識別碼的ID28～ID18定義如圖4所示。
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對驗收屏蔽寄存器AMR內為1的位，將其對應的ACR位予以屏蔽。從圖4可知，報文中ID25～ID23位對驗收屬于相關位。以模塊UPS總數為四個的系統為例，設置下位節點模塊：UPS-1的節點地址為001，UPS-2的節點地址為010，UPS-3的節點地址為011，UPS-4的節點地址為100。按CAN網優勢位仲裁的特點,識別碼的二進值越低，在仲裁過程中決定總線訪問的優先權越高，設置上位監控節點的節點地址為000，以保證上位監控節點具有高優先權。每個節點均有兩個濾波器，一個濾波器用于接收點對點發送的一般報文，在此使用濾波器1,在ACR0.4～2存放本節點的地址；另一個濾波器為濾波器2，用于接收上位監控節點向CAN網內各節點的廣播報文, 將其ACR2.4～2內存放代碼：111。
當下位模塊UPS-1節點所收報文的ID25～ID23為001時，即其他節點將其發送的目標節點地址設為001，則下位模塊UPS-1可經濾波器1驗收通過，以接收系統中其他節點對模塊UPS-1的信息；當報文的ID25～ID23為111時，經濾波器2驗收通過，以接收上位監控節點向各下位節點的群發信息，由此設置即可方便地滿足模塊UPS系統點對點、點對多點通訊時信息過濾的需要。
2.3 程序設計
PeliCAN模式初始化框圖如圖5所示。系統程序設計主要包括：初始化、報文接收、報文發送程序。初始化SJA1000必須要在復位狀態，主要完成濾波器設置以及時鐘分頻寄存器CDR、方式寄存器、總線定時寄存器BTR0和BTR1、輸出控制寄存器OCR、中斷允許寄存器IER等設置。待完成初始化后，令SJA1000回到工作狀態，進行正常的通訊任務。SJA1000 的報文緩沖區中發送緩沖區TXB 和接收緩沖區RXB共用同一段CAN 地址為16～28 共13B。發送信息時應往此區域中寫入數據，而接收時則從此區域中讀出數據。狀態寄存器SR提供當前SJA1000 的總線狀態、錯誤狀態、發送狀態、接收狀態等，在編程時可充分利用這些狀態信息進行相應的處理。報文發送程序簡單，只要將發送的報文傳送到發送緩沖器，再將命令寄存器中的“發送請求”標志置位即可。報文接收程序相對于報文發送程序要復雜一些，在處理接收的過程中要處理總線脫離、接收溢出等情況。
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3 實驗結果及結論
本文設計思想已應用于實際的六并聯UPS監控系統中，圖6為六臺UPS并聯時，當上位節點發送數據請求命令，下位六節點回送數據。從CAN總線上的波形可看出CAN正常通訊。
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將基于獨立的CAN控制器的CAN總線技術應用于基于DSP控制的并聯UPS監控系統，實踐證明是一種成功的應用，該并聯UPS監控系統具有抗干擾性強、運行穩定、成本適中等特點。文中波形來自實際裝置實驗所測，該設計方法具有一定的實用和推廣價值。
參考文獻
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