基于CAN總線(xiàn)的多電機消隙天線(xiàn)控制系統

引言

由于can總線(xiàn)的系統集成特點(diǎn)，基于汽車(chē)車(chē)身控制系統的can總線(xiàn)技術(shù)應用范圍已經(jīng)遠遠超越汽車(chē)控制領(lǐng)域，擴展到了機械工業(yè)、家用電器及傳感器等各種其它測控領(lǐng)域，被國際公認為是重要的的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)。作為運動(dòng)控制對象，步進(jìn)電動(dòng)機作為一種將離散的電脈沖信號轉化成角位移的機械執行裝置，具有結構簡(jiǎn)單、成本低、定位精度高和無(wú)誤差累積等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應用于各種自動(dòng)控制系統中。隨著(zhù)微型計算機和微電子技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機的這一性能必將得到更為廣泛的應用。因此對于can總線(xiàn)的步進(jìn)電動(dòng)機控制研究具有十分明顯的現實(shí)意義。

2 系統總體設計方案

該系統可由一臺pc機作為命令發(fā)送主機，通過(guò)bus-can接口轉換模塊接入can總線(xiàn)，各節點(diǎn)是有單片機控制的具有can總線(xiàn)數據收發(fā)功能的模塊，來(lái)控制步進(jìn)電機驅動(dòng)器及電機終端。在pc機的應用層根據事先規定的格式把數據由usb接口發(fā)送給基于usb總線(xiàn)的通用設備接口芯片ch372的usb-can接口轉換模塊上的單片機，單片機處理之后，再把數據傳送到連接著(zhù)各個(gè)步進(jìn)電機驅動(dòng)器的節點(diǎn)的can總線(xiàn)上，各個(gè)節點(diǎn)的控制模塊根據接收到的數據信息進(jìn)行處理，實(shí)現對步進(jìn)電機的速度、正反轉及行程控制。圖1為本設計的系統方案圖。

圖1 系統總體方案圖

3 硬件設計方案

系統的硬件包括usb-can接口模塊和can節點(diǎn)接收模塊電路的設計。

3.1 usb-can接口模塊電路的設計

bus-can接口模塊主要是由51單片機、ch372、sja1000及82c250組成，主機通過(guò)ch372把數據發(fā)送到單片機，單片機再把數據通過(guò)sja1000發(fā)送到can總線(xiàn)上。圖2中給出了從pc機的usb口到can總線(xiàn)的主要元件及其連接。圖2及圖3中的vdd、vcc均為+5v直流電源，ch372有支持兩種電源，+5v和+3.3v，本設計中使用的是+5v，可以直接從usb口獲得，簡(jiǎn)化了電路設計。與單片機連接的ch372和sja1000通過(guò)片選信號實(shí)現互不干涉的讀寫(xiě)過(guò)程，完成各自的任務(wù)。

圖2 usb-can接口轉換模塊原理圖

can控制要實(shí)現其功能，必須具有外圍擴展接口，構成完整的can通信系統，本設計選用pca82c250器件作為can控制器的sja1000和物理總線(xiàn)間的接口，提供總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送和接收能力，處理來(lái)自canh和canh線(xiàn)的信號，并將處理后的信號傳至控制單元的can接收區。為了保護芯片并提高抗干擾能力，在控制器sja1000和82c250之間加入高速光電隔離器6n137。can總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )兩端要接120歐姆的匹配電阻，可大大的提高通信的抗干擾性和可靠性。

3.2 can節點(diǎn)模塊電路的設計

can節點(diǎn)模塊的can接口部分與usb-can接口轉換模塊的can接口部分的電路設計是一樣的，如圖3所示。單片機把接收到的數據處理之后，從p1.0、p1.1表現出來(lái)，分別輸出電機轉動(dòng)方向信號和頻率及個(gè)數一定的pwm脈沖信號提供給電機驅動(dòng)器，實(shí)現電機的控制。為了提高抗干擾能力，加光電隔離器tlp5621，因為輸出的數字信號頻率不是很高，tlp5621的轉換時(shí)間已滿(mǎn)足要求。為了電機運行的安全性，可在電機負載周?chē)线m的位置設置兩個(gè)機械急停按鈕，負載發(fā)生故障時(shí)按下按鈕，通知單片機停止pwm輸出，實(shí)現電機故障急停。

圖3 can節點(diǎn)模塊電路原理圖

4 軟件設計方案

4.1 通信協(xié)議

pc機客戶(hù)端應用軟件發(fā)送相應的控制命令后，利用計算機應用層提供的ch372接口協(xié)議，usb端口會(huì )依次向下發(fā)送一個(gè)或多個(gè)雙字節的數據信息，兩個(gè)模塊中的單片機處理各自接收到的數據，實(shí)現電機控制。每一個(gè)雙字節數據位的定義如下：

(1)電機選擇：每一個(gè)不同的高字節數據和各個(gè)can節點(diǎn)的sja1000中的驗收代碼寄存器的值一一對應，可以使低字節的控制命令準確的到達對應的電機驅動(dòng)器。

(2) 電機啟停選擇：1為啟動(dòng)，0為停止。

(3) 電機正反轉選擇：1為正轉，0為反轉。

(4) 電機速度選擇：從00到11分別設有四個(gè)檔位的速度。通過(guò)改變脈沖周期改變速度。

(5) 電機行程選擇：從0000到1111分別代表十六個(gè)不同行程的脈沖數。

4.2 軟件流程

pc機發(fā)送的每一個(gè)雙字節數據都是先發(fā)高字節，后發(fā)低字節，usb總線(xiàn)接口芯片ch372選用單向數據流通訊方式，接收完數據塊后，以外部中斷請求方式通知單片機接收數據，單片機應答后進(jìn)入中斷服務(wù)程序，把接收到第一個(gè)雙字節數據的高字節寫(xiě)入正處在復位模式的can控制器sja-1000的數據發(fā)送緩沖區的標識碼字節1的地址，低字節寫(xiě)入can控制器sja1000的數據發(fā)送緩沖區的tx數據1的地址，can控制器sja1000由復位模式進(jìn)入工作模式，并發(fā)送數據到can總線(xiàn)，數據發(fā)送完畢并對方收到后，can控制器回到復位狀態(tài)，把接收到的下一雙字節數據的高字節寫(xiě)入正處在復位模式的can控制器sja1000的數據發(fā)送緩沖區的標識碼字節1的地址，低字節寫(xiě)入can控制器sja1000的數據發(fā)送緩沖區的tx數據1的地址，can控制器sja1000由復位模式重新進(jìn)入工作模式，并發(fā)送數據到can總線(xiàn)……，直到讀到的ch372緩沖區中所有數據發(fā)送完畢，單片機退出中斷，等待下一次中斷。圖4為轉換模塊程序流程。

在can節點(diǎn)模塊數據接收端，單片機接收到saj1000緩沖區的數據后，通知對方收到數據并清空sja1000接收緩沖區，然后進(jìn)行數據處理，通過(guò)單片機i/o口控制電機動(dòng)作，數據處理完后，準備下次數據接收。圖5為can節點(diǎn)模塊流程。