圖4 濾波后逆變器輸出波形

3 通訊系統(tǒng)控制方案

為了適應機車上復雜的電磁環(huán)境，滿足逆變器控制系統(tǒng)通訊的要求，本系統(tǒng)中使用工業(yè)現(xiàn)場總線（CAN總線）進行控制信號、反饋信號的傳輸。

CAN總線特點：

◆ CAN采用多主方式工作模式，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。

◆ CAN采用非破壞總線仲裁技術(shù)。當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息出現(xiàn)沖突時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。

◆ CAN節(jié)點只需通過對報文的標識符濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。

◆ CAN的直接通信距離最遠可達10km；通信速率最高可達1Mbps。

◆ CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。

◆ CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。

◆ CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。

3.1 通訊系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

圖5 通訊系統(tǒng)硬件電路框圖

由圖5可知，上位微機CAN總線節(jié)點硬件電路主要分為四個部分：單片機C8051F020、獨立CAN通訊控制器SJA1000、CAN總線驅(qū)動器82C250和高速光耦6N137。單片機C8051F020負責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。

為了增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接與82C250的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后與82C250相連，這樣就很好的實現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點間的電氣隔離。82C250與CAN總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。82C250的CANH和CANL引腳各自通過一個電阻與CAN總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護82C250免受過流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。

逆變器CAN總線節(jié)點硬件電路與上位微機CAN總線節(jié)點硬件電路結(jié)構(gòu)基本相同，只有CAN通訊控制器選用MCP2515代替了SJA1000，逆變器控制芯片SPMC75F2413A通過SPI接口與該器件連接。使用標準的SPI讀/寫指令以及專門的SPI命令來讀/寫所有的寄存器。通過SPI接口設(shè)置寄存器中的相應位或使用發(fā)送使能引腳均可啟動發(fā)送操作。通過讀取相應的寄存器可以檢查通訊狀態(tài)和錯誤。器件上有一個多用途中斷引腳及各接收緩沖器的專用中斷引腳，用于指示有效報文是否被接收并載入接收緩沖器。器件還有三個引腳，用來啟動將裝載在三個發(fā)送緩沖器之一中的報文立即發(fā)送出去。