基于CAN總線(xiàn)的步進(jìn)電機多機控制系統的設計

1 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。