[实用新型]一种CAN总线控制的电源开关

说明书

本人开发了一种CAN总线控制的电源开关，说明如下：

技术领域

随着计算机技术和通讯技术的快速发展，自动化控制是信息时代发展的必然趋势。本电源开关是基于CAN总线控制与通讯技术的电源控制元件，主要应用于电源的数字化控制。

技术背景

在目前的工业现场控制系统中，固态继电器的应用很广泛，2006年中国就生产了约19亿个各种继电器。但它们绝大多数都没有数字化控制功能，对分散的电源点进行控制时，只能布设控制电缆，一条控制线对应一个继电器，常常需要多芯控制电缆，有时要用到多达48芯的控制电缆，施工复杂，也大量浪费了铜材，且控制距离较短。

因此非常需要有一种数字化控制的电源开关，要求它可以使用最简单的两芯控制总线实现控制多个开关，便于现场多个开关在各个地点分散安装，统一控制。

两芯的双绞线通讯总线有很多，有RS485、RS232，以及CAN、HART、LONWORK、PROFIBUS、FF、MODBUS等现场总线标准……

经过调查研究与技术分析，BOSCH公司开发的CAN总线(Controller Area Network)，以较低的成本、较高的实时处理能力和在恶劣的强电磁干扰环境下可靠的工作，美国许多企业已将CAN作为内部总线应用在生产线和机床上。同时，由于CAN总线可以提供较高的安全性，因此在医疗领域、纺织机械和电梯控制中也得到广泛应用。

CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。总线读取中的冲突可通过位仲裁解决。CAN的这种非破坏性解决总线存取冲突的方法，确保在不传送有用消息时总线不被占用。甚至当总线在重负载情况下，CAN这种以消息内容为优先的总线存取也被证明是一种可靠有效的系统。

一条CAN总线上，可以挂接110个标准的CAN节点，节点连接方式灵活。传输距离远，当信号传输距离达到10Km时，CAN总线仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。而且，CAN总线可靠性高，误码率低于10^-8，技术成熟，全世界数以千万的汽车在使用，应用广泛，芯片生产量大，成本相对较低。

根据以上分析，本人开发的电源开关的控制通讯决定使用CAN总线技术，它的特点是可靠、成熟，速度较快、传输距离远、组网方式灵活。目前市场上虽然有CAN节点元件，也有固态继电器，但如果应用于电源控制，则需多个组件、另备直流5V电源，安装复杂，难度大。因此，本人开发了这种带CAN控制接口的电源开关，它是一个独立的元件。

实用新型内容

本人经过技术研究与市场调查，现开发了一种CAN总线控制的电源开关，目的是提供一种能通过一条两芯线缆进行数字化控制、结构简单、安全、体积小、成本低的电源控制开关。

这种开关主要由可控开关、CAN节点、CAN节点电源和外围的辅助电路组成。说明如下：

(1)可控开关选用了固态继电器SSR(SOLIDSTATE RELAYS)，根据被控电源的电压、电流要求，选用对应规格的固态继电器。

固态继电器主要有以下特点：

1、技术先进并已经走向成熟，应用广泛；

2、它的控制电压低、控制电流较小，一般为3-5V，20-50mA；

3、无触点，安全可靠性高；

4、无噪音；

5、寿命长，开关次数可达可达10⁸以上；

6、体积小，一个单相250V，10-40A的固态继电器体积为57*44*24mm；

7、成本也较低。一个AC220V/10A的固态继电器的市场价格为20元左右一个，市场前景较好。

它也有一些缺点：导通后的管压降大，有一定发热量；关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流；过载能力低。但这些都是小问题，不影响它的推广使用。

(2)CAN节点的设计

在本设计方案中，对CAN电源开关的传输控制与响应等指令信号只有几个字节，数据量很小，而且CAN总线又是一个非常成熟可靠的技术，数据传输距离与速率、可靠性方面没有困难，关键的要求在于：体积小、成本低。

本方案CAN节点芯片主要包括三个，说明如下：1、CAN收发器：使用芯片MCP2551；2、CAN控制器：MCP2515；3、CPU(单片机)使用了AVRATmega16；以上芯片与辅助电路组成一个完整的微型嵌入式控制系统。

(3)CAN节点电源