新型CAN智能電動(dòng)執行器的設計

　　控制器局部網(wǎng)CAN(Controller Area Network)屬于現場(chǎng)總線(xiàn)的一種，是一種有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )，被公認為是最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。

　　在工業(yè)控制系統中，電動(dòng)執行器是電動(dòng)單元組合儀表中一個(gè)很重要的執行單元。它由控制電路和執行機構兩個(gè)在電路上完全獨立的部分組成，可接收來(lái)自調節器的電控信號，將其線(xiàn)性地轉換成機械轉角或直線(xiàn)位移，用來(lái)操縱風(fēng)門(mén)、擋板、閥門(mén)等調節機構，以實(shí)現自動(dòng)控制。近年來(lái)，隨著(zhù)微電子技術(shù)和控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電動(dòng)執行器也獲得了快速發(fā)展，特別是國外一些生產(chǎn)廠(chǎng)商在這幾年中相繼推出了常規的、帶現場(chǎng)總線(xiàn)通信協(xié)議的智能電動(dòng)執行器，而CAN智能電動(dòng)執行器就是最有發(fā)展潛力的一種。

　　本文介紹的CAN智能電動(dòng)執行器采用無(wú)刷直流電機控制，控制精度高，實(shí)現了數字化的閥位檢測，可提高閥位測量的精度和可靠性，能取代現行普遍采用的電位器和差動(dòng)變壓器模擬測量方法。

　　控制電路的硬件設計

　　CAN智能電動(dòng)執行器的原理結構如圖1所示。

圖1 CAN智能電動(dòng)執行器的原理結構圖

　　整個(gè)電路主要由五個(gè)部分組成：?jiǎn)纹瑱CP89C58為主的主機部分，由SJA1000、82C250、光電隔離電路等組成的CAN總線(xiàn)控制及接口部分，由無(wú)刷直流電機專(zhuān)用控制芯片MC33035組成的電機控制部分，閥門(mén)位置檢測部分和LCD液晶顯示部分。

　　1 CAN總線(xiàn)及接口部分

　　CAN總線(xiàn)控制及接口如圖2所示，主要包括獨立CAN通信控制器SJA1000、CAN總線(xiàn)收發(fā)器82C250和高速光電耦合器6N137。

　　單片機P89C58首先對SJA1000進(jìn)行初始化，控制SJA1000實(shí)現數據的通信任務(wù)。SJA1000的AD0～AD7連接到89C52的P0口，CS連接到89C52的P2.0口，其余的引腳分別對應相連。

圖2 CAN總線(xiàn)及接口部分

　　為了增強CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的抗干擾能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接與82C250的TXD和RXD相連，而是經(jīng)高速光耦6N137后再與82C250相連，這樣就很好地實(shí)現了總線(xiàn)上各CAN節點(diǎn)間的電氣隔離。82C250與CAN總線(xiàn)的接口也采用了一定的安全和抗干擾措施，它的CANH和CANL引腳與CAN總線(xiàn)之間各串聯(lián)一個(gè)5Ω的電阻，這樣可起到一定的限流作用，保護82C250免受過(guò)流的沖擊；還可以在CANH和CANL引腳上并聯(lián)小電容，起到濾除總線(xiàn)上的高頻干擾和防電磁輻射的作用。82C250的Rs腳上接有一個(gè)斜率電阻，電阻大小可根據總線(xiàn)通信速度適當調整，一般在16～140kΩ之間。

　　2 電機控制電路

　　該電動(dòng)執行器里電機控制芯片采用了安森美公司開(kāi)發(fā)的高性能第二代單元無(wú)刷直流電機控制器MC33035。該控制器內含可用于正確整流時(shí)序的轉子位置譯碼器，以及可對傳感器的溫度進(jìn)行補償的參考電平；同時(shí)，還具有一個(gè)頻率可編程的鋸齒波振蕩器、一個(gè)誤差信號放大器、一個(gè)脈沖調制器比較器、三個(gè)集電極開(kāi)路頂端驅動(dòng)輸出和三個(gè)非常適用于驅動(dòng)功率MOSFET的大電流圖騰柱式底部輸出器。電機控制電路原理模塊如圖3所示。

圖3 電機控制電路原理模塊圖

　　該電機控制電路的功能包括PWM開(kāi)環(huán)速度控制、使能控制和正反轉控制。電機的轉速控制是利用4-10位譯碼器/驅動(dòng)器74LS145的功能，由單片機P89C58給出信號，通過(guò)分壓電路提供給引腳速度電壓來(lái)實(shí)現的。

　　電機的使能控制和正反轉控制信號也由單片機控制，發(fā)出電平信號給89C2051，進(jìn)行電平轉換后輸出給MC33035相應的管腳來(lái)控制電機的工作狀態(tài)。

　　3 閥門(mén)位置檢測電路和液晶顯示

　　為了實(shí)現閥位的數字化檢測，在A(yíng)/D轉換電路中采用了ADI公司的16位∑-△(電荷平衡式)A/D轉換器AD7705。AD7705包括由緩沖器和增益可編程放大器(PGA)組成的前端模擬調節電路、∑-△調制器及可編程數字濾波器等，能直接將來(lái)自傳感器的不同擺幅范圍內的信號放大到A/D轉換器滿(mǎn)標度電壓附近，再進(jìn)行A/D轉換，實(shí)現了0.003%精度的非線(xiàn)性16位無(wú)誤碼數據輸出；其增益和數據輸出更新速率均可編程設定，還可選擇輸入模擬緩沖器，以及自校準和系統校準方式。通過(guò)外接高精密導電塑料電位器傳感器，由基準電壓值分壓后所得電壓值即反映了閥門(mén)位置值。

　　系統采用TRULY公司生產(chǎn)的128×64點(diǎn)陣液晶，它的所有控制器、掃描電路和顯示RAM集成于液晶屏背面，并帶有LED背光。該模塊采用單電源供電，由大規模點(diǎn)陣式顯示控制器KS0107、液晶屏陣列驅動(dòng)電路KS0108、顯示存儲器和液晶屏等4部分組成。

　　智能執行器軟件設計

　　軟件設計主要包括三個(gè)方面：CAN總線(xiàn)通信模塊、電動(dòng)執行器的控制和LCD顯示。

　　CAN總線(xiàn)通信部分可將SJA1000初始化，在其初始化完成以后回到正常工作狀態(tài)，將執行器的運行情況通過(guò)總線(xiàn)向上位機傳送，而且操作者可以從上位機下達控制指令來(lái)操作執行器。