基于微處理器與CAN的工業(yè)聯(lián)機控制系統

1 引言
CAN總線(xiàn)是目前流行的總線(xiàn)技術(shù)之一,是一種基于微控制器件的網(wǎng)絡(luò )。它用開(kāi)放的,具有可互操作的網(wǎng)絡(luò )將現場(chǎng)各種控制器及儀表設備互連,構成現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統,將控制功能徹底下放到現場(chǎng),降低了安裝成本和維護費用。FCS實(shí)質(zhì)是一種開(kāi)放的、具可互操作性的、徹底分散的分布式控制系統。CAN總線(xiàn)屬于工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)的范疇是目前流行的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統之一。與一般的通信總線(xiàn)相比,CAN總線(xiàn)的數據通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性,同時(shí)具備了現場(chǎng)總線(xiàn)優(yōu)點(diǎn)。本文提出一種基于CAN智能節點(diǎn)的設備聯(lián)機控制系統。
2 系統概述
本文設計的是一種基于工業(yè)設備控制系統的以CAN總線(xiàn)智能節點(diǎn)。節點(diǎn)分為控制節點(diǎn)、主機節點(diǎn)和從機節點(diǎn)三種,多個(gè)不同節點(diǎn)通過(guò)總線(xiàn)連接,形成多機聯(lián)控系統。系統雖然有三種不同功能的節點(diǎn),每類(lèi)節點(diǎn)采用相同的CAN節點(diǎn)結構。

圖1 CAN總線(xiàn)節點(diǎn)結構示意圖
CAN總線(xiàn)節點(diǎn)可以歸納為三種構成方式: 1) CAN控制器的單片機+CAN收發(fā)器;2) 帶有CAN控制器的單片機+CAN收發(fā)器;3)帶有CAN控制器的I/O端口+CAN收發(fā)器。系統結構更為如圖1所示。本文選擇第一種方式連接方式,由于器件組合靈活,很容易實(shí)現高的性?xún)r(jià)比。
3 節點(diǎn)的硬件結構設計
3.1 節點(diǎn)控制芯片選擇
本研究選用的是美國微芯Microchip Technology公司的PIC芯片(PIC16F873,28腳FLASH)和福州貝能公司的MPLAB開(kāi)發(fā)工具。MPLAB開(kāi)發(fā)系統是一種廉價(jià)的開(kāi)發(fā)工具,集編程器與調試器為一體。它利用了PICI6F87X的在線(xiàn)調試能力和MICROCHIP的串行編程技術(shù)(In-Circuit Serial Programming)。它工作于MPLAB-IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件包下,直接連接到應用系統中去。PICI6F87X是MICIZOCHII)公司的中檔產(chǎn)品,繼承了MICROCI-III,的傳統特點(diǎn),實(shí)用、低價(jià)、指令集少、低功耗。
PIC16F873開(kāi)發(fā)裝置的不足之處有:系統只能設置一個(gè)斷點(diǎn);運行系統程序后單步執行速度慢;由于占用了芯片資源,I/0管腳RB3,RB7,RB6功能不正常,無(wú)法調試.另外程序調試時(shí),應注意編程電壓不能太低。
3.2 節點(diǎn)CAN通訊的硬件設計
在CAN中應用的元器件主要包括CAN控制器和CAN收發(fā)器。本文選用的是獨立CAN控制器。PHILIPS公司的SJA1000管腳太多,占用過(guò)多的I/O口,MCP2510是目前市場(chǎng)上體積最小的CAIN控制器,通過(guò)SPI通訊方式與微處理器連接,連接端口少,所以系統選擇MCP2510作為CAN控制器。MCP2510只要跟MCU和驅動(dòng)芯片(8X250 )就可以構成一個(gè)簡(jiǎn)易局域網(wǎng)的節點(diǎn)。MCP2510可以完全實(shí)現CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議。圖2為MCP2510芯片的內部結構圖。