毕业设计开题报告

毕业设计(论文)开题报告

学生姓名： 高源 学 号： 0601030107 专 业： 电子信息科学与技术 设计(论文)题目： 基于CAN总线的电力系统环网柜在线监

控系统的研究（A/D采样及CAN总线通讯设计）

指导教师： 李辉

2010年 3 月 15日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册）；

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2002年4月26日”或“2002-04-26”。

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述：

文 献 综 述 一．研究的背景、概念 在全球城市化进程中，各国相继进行了城乡电网的改造和建设，推行了环网供电，即用电缆、走地下、呈环路，可以减少供电的中断，同时大大减少临时性的故障。所以，这种环网供电单元(环网柜)应运而生。在环网柜使用时，为了能够有效地对它的运行情况进行监控，电力系统环网柜在线监控系统也随之产生。而随着近年来CAN总线在电力现场运用越来越成熟，出现了把CAN总线运用在电力系统环网柜在线监控系统中。 环网柜英文叫环网供电单元（RMU）。国外的城市化比较早，所以他们已经在上世纪80年代初就已推出环网柜。环网柜的出现是电力事业发展的一大进步，此后世界高压开关制造商纷纷推出自己的环网柜。随着中国的城乡电网改造和建设，中国企业研制的环网柜也开始出现。如今在中国市场上的环网柜，有国外及合资企业的产品，也有国内研制的产品。由于环网柜在中国出现的时间比较晚，所以目前我国电力部门对环网柜的运行情况缺乏有效地监控，当发生事故时，无法进行及时的判别和处理，可能引发停电事故，危及城市电网的安全。 二．研究的内容与意义 本文提出了一种基于CAN总线的环网柜监测系统，对环网柜内各个分支线路的电参数信息采集和对一些电气设备运行状态监测，通过CAN总线将信息经数据集中器汇总后，通过GPRS网络上传给监控中心，为故障判断和故障定位提供基础数据。监控中心也可以根据需要，远程进行电气设备的遥控，如：开关的分合闸操作、电容器组的投切等。系统对于缩小故障停电范围，缩短停电时间，快速恢复供电，提高供电质量和可靠性起重要作用。[1,2] CAN总线是国际上应用最广泛的现场总线之一。20世纪80年代初期，由于欧洲汽车工业发展的需要，最先由德国Bosch公司提CAN总线方案以解决汽车控制装置间的通信问题。当时，由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电

子操作的，这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时也意味着需要更多的连接信号线。提出CAN总线的最初动机就是为解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。于是，他们设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件可以挂接在该总线上。Bosch公司于1986年正式公布了这一总线，且命名为CAN总线。1987年Intel公司生产了首枚CAN控制器（82526）。不久Philips公司也推出了CAN控制器（82C200）。1993年CAN 成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519(低速应用)。[3] 为促进CAN以及CAN协议的发展，1992年在欧洲城里了国际用户和厂商协会（CAN in Automation,简称CiA），在德国Erlangern注册。截止到2002年底，约有500多家公司加入协会，协作开发和支持各类CAN高层协议；生产CAN控制器（独立或内嵌）厂家，包括世界上主要半导体生产厂家在内，已有20多加，CAN控制器产品的品种已达110种，CAN控制器的数量已达210000000枚。CAN皆苦已经被公认为微控制器的标准串行接口，应用在各种分布式内嵌系统，可见CAN应用之广泛。 现场总线自产生以来，已形成了多种有影响的现场总线技术.如CAN、基金会现场总线、过程现场总线等。CAN总线以其卓越的特性、低廉的价格、极高的可靠性和灵活的机构，特别适合工业过程监控设备的互联，并已被认为最有前途的现场总线之一。由于CAN总线遇有通信速率高、可靠性高、连接方便和性能价格比高等特点，推动了其因公开发的迅速发展。CAN的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络，特别适合于小型分布测控系统。[4] 1、 关于环网柜监控系统 早在上世纪90年代，随着市场经济的迅速发展，城市高层建筑和大型公共建筑不断涌现，城市功能越来越趋身完善和复杂化，我国就开始在城市的10KV配电系统采用环网柜，但那时的环网柜基本是没有监控或缺乏有效地监控，当发生事故时，由抢修人员判别故障点后对环网负荷开关进行操作，无法进行及时的判别和处理，可能引发停电事故，危及城市电网的安全。而随着我国对配电自动化的重视，少数地方为了自动化的建设要求，实现了基于馈线终端的三遥功能，但是功能相对简单独立。如今，国内生产环网柜的厂家开始重视环网柜的在线监控，也陆续推出了一些环网柜在线监控系统，但技术还是不太成熟，称得上智能型环网柜在线监控系统几乎没有。而在国外，配电自动化就一直很重视，环网柜的使用也是早我们很久，对环网柜的在线监控系统，ABB和F&G等公司在前几年就有自已的产品，但价格都很昂贵。 [5~7]

2、 CAN总线的主要特点与CAN总线的发展趋势 CAN总线得主要特点有：CAN多为主工作方式，网络上的任意节点在任意时刻都可以主动地向其他节点发送信息，部分主从，方式灵活；CAN网络节点可以安排优先级顺序，以满足和协调各自不同的实时性要求；采用非破坏性的总线仲裁技术，多点同时发送信息时，按优先级顺序通信，节省总线冲突仲裁时间，避免网络瘫痪；可以进行点对点、一点对多点和全域广播方式传递信息；通信速率鬼搞可带1Mbps(40m以内)，最长传递距离达10km（速率为5kbps以下）；网络节点目前柯达110个，包围标识符2032种（CAN2.0A），跨站（CAN2.0B）中报文标识符几乎不受限制；短帧数据结构，传输时间短，抗干扰能力强，检错效果好；通信介质可以用双绞线、同轴电缆或光纤；网络节点在错误严重的情况下可以自动关闭输出功能，脱离网络；实现了标准化、规范化（国际标准ISO11898）。由于CAN总线具有其独特的设计思想，与同类产品相比，CAN总线在数据通信方面有着可靠、实时和灵活的优点。[8~10] 目前市场上的现场总线除了国际标准IEC61158中包含的8中类型外，还有很多，这些总线与CAN总线共同发展，互相竞争。由于CAN总线所具有的高可靠性、实时性和灵活性等突出优点，加上广泛的应用基础，CAN总线将越来越受欢迎，并最终成为市场占有率很高的主要总线产品之一。随着企业管理水平和信息化水平的提高、集成电路技术和计算机技术的发展，必然要求处于底层的现场总线测控网段与企业高层的管理网络互连，以便及时了解生产现场状况并实现管理和控制现场的操作。因此，CAN总线网络将进一步发展，通过网关或网桥向上与企业管理系统以太网连接构成管控一体化网络。而近年来，由于企业规模的不断扩大，生产过程控制系统也越来越发杂，系统的非线性增强、时滞增大，而且很难给系统的每个环节建立精确地数学模型，这就要求模糊逻辑控制的应用。现场总线的强大网络功能可实现集中化管理，而对必要的现场环节实行分散的模糊控制。若将人工智能技术和现场总线技术结合，可以很好的提高系统的的可靠性和智能化水平，这也将会成为之后工程控制中的主要研究和应用方向。[11] 三．总结 CAN总线已被公认为是最有前途的几种现场总线之一。因其性价比高、实现简单等突出优点深受越来越多的研发人员的青睐。CANbus采用短帧传输，具有很高的位速率；采用硬件CRC校验，抗干扰能力强，可靠性高，实时性好，能够检测出产生的任何错误；是一种多主总线，具有基于优先权的仲裁机制，有效地解决了数据冲突问题。

综合通信管理机通过双CAN网与各装置通信，然后再转换为串行方式与上位机通信。通信管理双CAN网同时接收各装置上传的数据，亦同时转发上位机下达的命令。各装置双CAN网切换方式为：装置不断检测上位机发送的握手帧，若在规定的时间未收到握手帧，则判断为通信故障，装置自动切换到另一网上运行。 在线监控处理和分析软件可以对GPRS通信过来的数据进行处理，不仅可以获取线路的基本信息，其高级分析功能还可以根据获得到的数据，对线路的谐波进行分析、进行故障选线和故障定位。并通过图形化界面对数据进行管理和显示。 这种基于CAN总线的环网柜监控系统。系统由数据集中器、数据采集终端组成。数据采集终端采集各分支线路上的电参数信息，分析处理后，通过CAN总线传送给数据集中器，数据集中器将所有线路上的信息汇总后，通过GPRS网络传送给远方监控中心。系统除了能采集电量信息，还能判断运行状态，实现遥控功能，具有可靠性高、结构简单、实时性好等特点。

参考文献 [1] 卢江丽，张治辉，付书明.CAN及其在电源监控系统中的应用。 [2] 蔡素雄. 环网开关柜智能化及其测控保护装置研制: [硕士学位论文][D].湖南：中南大学，2004. [3] 凌志浩，吴勤勤.现场总线技术的现状与展望:华东理工大学 [4] 潘明，张密，余臣，等．基于CAN总线的分布式红外测温系统[J]．中国测试技术，2008，34(5)：49-51． [5] Infineon Technologies AG．XE162xN Data Sheet V1.2[M/CD]. 2009,7. [6] 曾涌泉，王勇，植涌．基于ARM和CAN总线的数据采集系统设计[J]．单片机与嵌入式系统应用，2008，11：38-41． [7] 宋全有，张瑞春．MAX125在高速公路监测系统中的应用与设计[J]．交通标准化，2007，12：94-96． [8] 潘小波，杨维翰，苗溪明，等．基于ARM9的谐波监测仪数据采集接口[J]．安徽工业大学学报，2007，24(2)：209-212． [9] 于大伟．基于DSP与MAX125的谐波检测装置研究[J]．电气技术，2009，10：16-18． [10] 高亮．配电设备及系统[M]．北京：中国电力出版社，2009． [11] 饶运涛，邹继军．现场总线CAN原理与应用技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2003．

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 一．研究的内容 ① 掌握CAN总线通信的硬件组成，CAN短帧通信的基本构成。 ② 掌握A/D交流采样的基本原理。 ③ 完成A/D采样的软硬件设计，以及主控制电路的设计。 ④ 完成带双网的CAN总线通信设计。 二．研究的手段 ①. 学习使用PROTEL、KEIL、Infineon Memtool和DAvE 软件，熟练运用这些软件进行电子电路的设计、仿真和调试。 ②. 查阅相关资料。进入电力网站，学校图书馆等网站搜索下载有关环网柜、A/D采样、CAN总线的资料。 ③. 通过对Infineon XE164与AT7022单片机的学习完成基本数字采样电路的设计。 ④. 建立采样电路的数学模型，掌握CAN总线通信的基本原理。 ⑤. 按照相关的要求做出各个软件模块，并对各个模块进行编程和调试，如有问题需进行修改，在修改过程中向老师请教并查阅书籍。不断调试改进，直到满足要求； ⑥. 将各个分散开的模块进行联机，然后进行整体的调试。通过对软硬件的整体连接与修改，实现最初的功能； ⑦. 完成程序和论文，并对其进行编写和打印。论文要求按照教务处的规定进行编写。

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指导教师意见： 1．对“文献综述”的评语： 该生通过阅读文献，对“电力系统环网柜在线监控系统”研究的意义和目的做了较为详细地论述，总结出电力系统环网柜在线监控应用的重要性，并采用了基于CAN总线的电力系统环网柜在线监控系统的设计方案。 2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 本课题的研究具有一定的深度和广度，设计内容涉及单片机、CAN总线、A/D采样、通信原理等多方面知识，工作量很大。因此，设计最终只需完成A/D采样及CAN总线通讯设计。 指导教师： 年 月 日 所在学院（系）审查意见： 负责人： 年 月 日