基于DSP-LF2407A和CAN總線(xiàn)的分布式電機控制系統設計

其系統結構主要可分為三層：第一層、PC機與CAN總線(xiàn)接口層----實(shí)現PC機與CAN通訊總線(xiàn)之間的可視化操作控制，以PC-CAN----智能型CAN總線(xiàn)通訊適配卡實(shí)現；第二層、CAN總線(xiàn)與DSP控制器LF2407接口層----實(shí)現CAN總線(xiàn)和LF2407-A板的CAN控制器的物理接口和通訊；第三層、LF2407的I/O口與步進(jìn)電機的驅動(dòng)接口----實(shí)現對LF2407-A板的電氣隔離保護和步進(jìn)電機的大電流驅動(dòng)，完成電機的實(shí)際動(dòng)作。

PC機作為該系統的上位機，有效的利用PC機計算能力強、容量大、人機界面良好的優(yōu)點(diǎn)。PC-CAN是具有高性能價(jià)格比的智能CAN總線(xiàn)通訊適配卡，它使PC機方便的連接到CAN總線(xiàn)上，實(shí)現CAN總線(xiàn)與主機PC的高速數據交換。PC-CAN上自帶光電隔離，保護PC機避免由于地環(huán)流的損壞，增強系統在惡劣環(huán)境中使用的可靠性。

PCA82C250: 為L(cháng)F2407內嵌式CAN 控制器與CAN 總線(xiàn)的接口收發(fā)器。8腳，高速，可達1Mbps傳輸速率。它提供了對CAN總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送能力以及對CAN控制器的差動(dòng)接收能力。

圖5 DSP 2407－A與步進(jìn)電機驅動(dòng)接口

驅動(dòng)電路接口實(shí)現了DSP芯片與步進(jìn)電機之間的電氣隔離，保護了DSP芯片的安全性，又完成了從DSP輸出弱電流（不足10mA）到步進(jìn)電機驅動(dòng)所需的大電流（+1.5A）的轉換，提供電機所需驅動(dòng)電流。其中，TLP521為DSP與步進(jìn)電機之間的光電隔離耦合器，它起了電平隔離作用，保護了DSP芯片，又完成了信號轉換。RIF530 為VMOS管，是步進(jìn)電機的驅動(dòng)電流開(kāi)關(guān)。

CAN 總線(xiàn)物理層：CAN 的物理鏈接通信介質(zhì)可采用雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖。采用非破壞性的基于優(yōu)先權的總線(xiàn)仲裁方式。在本系統中，以雙絞線(xiàn)作為通信介質(zhì)。

軟件設計

本系統的軟件設計是完成基于CAN總線(xiàn)的分布式控制系統的關(guān)鍵所在。CAN總線(xiàn)的多機通訊由軟件編程實(shí)現數據的接受和發(fā)送。在兩塊LF2407-A板上實(shí)現兩節點(diǎn)通訊：一塊為本地節點(diǎn)，接受遠程節點(diǎn)的請求數據幀，并發(fā)送數據幀；另一塊為遠程節點(diǎn)，發(fā)送一個(gè)請求幀以請求遠程節點(diǎn)發(fā)送數據。

主要分為：1、電機控制系統整體---實(shí)現系統初始化，并生成電機控制頻率信號，以中斷方式實(shí)現電機控制字的修改，延時(shí)子程序實(shí)現電機的轉速控制，初始化CAN模塊。2、CAN 發(fā)送一個(gè)遠程幀請求-----初始化CAN請求幀，令CAN郵箱3為發(fā)送請求幀郵箱，CAN郵箱0為接收數據幀郵箱。郵箱3發(fā)送一個(gè)請求幀請求電機控制字數據，當查詢(xún)到接收報文標志位為1時(shí)（RMP=1），郵箱0接收數據。3、CAN 初始化一個(gè)自動(dòng)回答遠程幀請求----初始化CAN自動(dòng)回答遠程幀請求，令CAN郵箱3為發(fā)送郵箱。當接受到一個(gè)遠程請求時(shí)，發(fā)送一幀數據。以下以CAN 初始化一個(gè)自動(dòng)回答遠程幀請求為例給出軟件程序流程圖，見(jiàn)圖6。

圖6 CAN 初始化一個(gè)自動(dòng)回答遠程幀請求程序流程圖

結束語(yǔ)

本文研究了基于CAN總線(xiàn)的分布式電機控制系統的組成和實(shí)現。將DSP的高速處理能力與CAN現場(chǎng)總線(xiàn)的高可靠性和高穩定性結合起來(lái)，對于構建新型實(shí)時(shí)快速響應分布式工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )提供了一個(gè)較好的解決方案。尤其針對本款工控芯片LF2407A的內嵌模塊：脈沖寬度編碼PWM,比較單元CMP，捕獲單元CAP，積分編碼脈沖QEP單元等提供了直流交流電機的直接控制應用,免去以往在單片機控制系統中所需作的大量繁瑣的算法編程,有效的加快工控系統的開(kāi)發(fā)應用.