摘  要：論文介紹了基于電能計量芯片AD7755和CAN總線的一個電量遠程監控系統的設計方案。具體介紹了該系統的功能結構、工作原理以及各個組成模塊的基本特點，并且對上位機系統的軟件組成模塊進行了介紹。該系統不僅可以實現對樓宇各個房間的用電量進行管理和調度，而且可以實現監督從而達到節能的功效。

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量和供電可靠性，這就要求有高度的自動化管理系統做保證。為此，作者開發了基于CAN總線的電量遠程監控系統。該系統主要是對辦公樓宇的各個房間進行遠程電量監控。可以對各個房間用電參數進行實時監測，例如電壓、電流、功率、電能、三相不平衡度等，并能實時向終端數據庫上傳數據，實現對各個房間用電負荷的監測和控制。

1 系統設計方案

      該系統主要由用電參數采集部分和數據實時發布兩大部分組成。用電參數采集部分主要是通過電能計量芯片AD7755和單片機80C51實現對用電參數的采集，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果發送一次，然后通過CAN控制器SJA1000和CAN收發器將數據傳送到服務器中，然后服務器通過動態網頁的形式將這些數據發布出去。用戶可以通過網絡訪問實時的和歷史的數據。

圖 1 系統結構圖

Fig.1 Diagram of System

2 系統硬件設計

2.1  電量采集電路設計

      該電路以電能計量芯片AD7755為核心實現對辦公樓各個房間用電的計量，并將電能信號轉換成標準脈沖信號送到單片機處理電路。圖2 為AD7755 的應用電路原理圖。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行計數, 計數值的大小即反映電能消耗的多少。AD7755 的無負載門限和啟動電流特性將消除電表中的漏電效應, 如果負載產生的輸出頻率低于AD7755 的規定最小輸出頻率,AD7755 將不會輸出任何脈沖。

圖 2  AD7755應用電路原理圖

Fig.2 Application Circuit Diagram of AD7755

      本系統利用AD7755 的功率處理功能,在單片機的輔助作用下,實現電能的測量,方法簡便有效,有很高的實用價值。

2.2  CAN總線通信系統設計

      CAN的通信協議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實現CAN總線協議的部分和實現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CAN協議部分電路的結構和功能大多相同，而與微處理器接口部分的結構和方式存在一些差異。

      本系統CAN總線系統智能節點，采用89C51 作為節點的微處理器在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協議。

      圖3為系統智能節點硬件電路原理圖。從圖中可以看出，電路主要由四部分所構成：微控制器89C51、獨立CAN 通信控制器SJA1000、CAN總線收發器82C250和高速光電耦合器6N137。微處理器89C51負責SJA1000的初始化，通過控制SJA1000實現數據的接收和發送等通信任務。

圖 3 系統智能節點硬件電路原理圖

Fig.3 Hardware Circuit Diagram of System Intelligent Nodes

3 系統軟件設計

3.1 數據庫的選擇 

      系統的數據量大，類別多。管理復雜數據，系統數據庫的設計與管理是系統成敗的關鍵。考慮到系統數據量的大小以及與操作系統的兼容性等原則，該系統選用SQL Server 2000。SQL Server價格低廉，易用性好，較大的數據庫也非常容易維護，特別適合那些需要建立大中型數據庫又不是很精通數據庫平臺的企業。表1列出了數據庫選擇的一般原則。

3.2 數據庫表的結構設計

      根據需求分析，系統數據庫中重要表的結構設計如下：

      員工信息表User_Infor記錄用戶的相關信息，如：員工ID、員工姓名、用戶權限、用戶密碼、聯系電話、部門ID等。

      部門信息表Depart_Infor記錄該部門的相關信息，如：部門ID、部門名稱、負責人ID、部門代號等。

      房間信息表Room_Infor記錄該房間的相關信息，如：采集節點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信息，如：采集節點ID、日期、時間段ID、電量、最大功率等。

圖4  電量管理系統的ER圖

Fig.4  the ER diagram of Electricity Management System

3.3 登錄模塊設計

      在任何數據庫應用系統中，用戶要進入這個應用系統并使用其中的功能模塊，都要首先通過系統的身份認證，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：a）根據用戶輸入的用戶名和密碼來判斷是否允許該用戶進入該系統；b）根據用戶類型決定用戶擁有的權限。

      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 查詢模塊設計

      當用戶登錄成功后，就進入查詢界面，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、收取適當費用、制定電量規劃等的重要依據。

      本模塊主要通過VB和SQL數據庫的完美結合來實現的。

      利用ADO對象模型實現應用程序中對數據源的訪問操作，包括增加、刪除、查詢、修改等常用操作。應用程序中的關鍵代碼如下：

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  論

      本系統利用電能計量芯片AD7755和CAN總線技術實現了一個電量遠程監控系統，由于CAN總線具有可靠性高、波特率高、采用多主節點通信方式等特點，實現了高速可靠的數據通訊，SQL數據庫和VB的完美結合實現了電量信息實時發布出來，實驗證明這個電量遠程智能監控系統式可行的。