目前最常用的现场总线是 CAN 总线。CAN 总线以可靠性高、成本低、应用灵活等诸多优点，已广泛应用于智能通信网络中，但收发器驱动能力的限制使其不适合远距离数据传输及远程控制。以太网技术成熟、通信速度快、软硬件产品丰富、外围技术支持全面，可以利用网络进行远距离通信，但在工业控制中仍然存在部分问题尚未解决。结合 CAN 总线与以太网自身的优缺点，本文研究了适用于船舶监控系统、基于双 CAN 总线与以太网的现场监控模块：该模块可安装于配电开关柜内，能够就近进行电流、电压及开关状态信息的采集，独立进行数据处理，实现测量、保护、控制等功能；它能够通过冗余双 CAN 总线与其他智能节点进行通信，并且通过以太网上传重要数据给监控台，协助监控台完成监测和控制功能。作为配电网络与监控网络连接的纽带，该模块具有很好的开发应用前景。

现场监控模块的硬件系统

在现场监控模块中，大量的现场实时数据需要采集和处理，并及时、迅速地向集中监控台传输，即向集中监控台提供整个控制过程的具体数据，同时还要完成判断处理并通过输出模块发送各种控制命令。考虑到其功能复杂程度，系统采用了 DSP+FPGA 双控制器的硬件方案，其硬件结构原理如图 1 所示。

图 1　现场监控模块硬件结构原理

1. A/D 芯片

该系统采用 AD7865 作为 A/D 芯片。该芯片为高速 14 位 A/D 转换器，可同时采样 4 个输入通道，并具有 4 个采样保持放大器，其优点在于能够真正实现多路信号的同步采样，并保持各通道信号的相位关系；它具有片内时钟、读写允许逻辑、多种通道选择方式以及内部精确的 2.5 V 参考电压，使得其与高速处理器的接口变得非常简单。本系统共配置了 4 片 AD7865，能同步采样多达 16 路模拟量数据。

2. 隔离电路

所有开关量的输入输出均采用隔离技术，可有效提高抗干扰能力。本系统选择了 16 片 4 路集成数字隔离芯片 ADuM1410，使该模块能同时完成多达 32 路输入、32 路输出的数据采集。

3. FPGA

该系统以 EP1C6PQ240 作为辅助控制芯片。该芯片有 5980 个逻辑单元，内含 M4K 嵌入式存储块，每个 M4K 块可以组成各种存储器，包括双端口 RAM、单端口 RAM、ROM 和 FIFO 等；I/O 单元包含一个双向 I/O 缓冲器和三个寄存器；具有 2 个锁相环和 8 个独立系统时钟，芯片管脚数为 240 个，可用管脚数为 185 个。FPGA 主要完成数据输入输出控制及数据预处理功能：所有的开关量信号送入 FPGA，所有的模拟量信号经 A/D 芯片转换为数字信号后也送入 FPGA；FPGA 需要向 A/D 芯片提供控制信号来控制 A/D 芯片的读写，所有数据由 FPGA 预处理后供 DSP 读取。现场监控模块的电路连接如图 2 所示。

图 2　现场监控模块电路连接