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基于CAN總線的多電機消隙天線控制系統(tǒng)

作者: 時間:2012-08-09 來源:網(wǎng)絡 收藏

引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/165080.htm

由于can的系統(tǒng)集成特點,汽車車身的can技術應用范圍已經(jīng)遠遠超越汽車控制領域,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域,被國際公認為是重要的的工業(yè)現(xiàn)場。作為運動控制對象,步進電動機作為一種將離散的電脈沖信號轉化成角位移的機械執(zhí)行裝置,具有結構簡單、成本低、定位精度高和無誤差累積等優(yōu)點,已被廣泛應用于各種自動中。隨著微型計算機和微電子技術的發(fā)展,步進的這一性能必將得到更為廣泛的應用。因此對于can總線的步進電動機控制研究具有十分明顯的現(xiàn)實意義。

2 系統(tǒng)總體設計方案

該系統(tǒng)可由一臺pc機作為命令發(fā)送主機,通過bus-can接口轉換模塊接入can總線,各節(jié)點是有單片機控制的具有can總線數(shù)據(jù)收發(fā)功能的模塊,來控制步進驅動器及終端。在pc機的應用層根據(jù)事先規(guī)定的格式把數(shù)據(jù)由usb接口發(fā)送給usb總線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(shù)據(jù)傳送到連接著各個步進電機驅動器的節(jié)點的can總線上,各個節(jié)點的控制模塊根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息進行處理,實現(xiàn)對步進電機的速度、正反轉及行程控制。圖1為本設計的系統(tǒng)方案圖。

基于CAN總線的多電機消隙天線控制系統(tǒng)

圖1 系統(tǒng)總體方案圖

3 硬件設計方案

系統(tǒng)的硬件包括usb-can接口模塊和can節(jié)點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ch372把數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機,單片機再把數(shù)據(jù)通過sja1000發(fā)送到can總線上。圖2中給出了從pc機的usb口到can總線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,簡化了電路設計。與單片機連接的ch372和sja1000通過片選信號實現(xiàn)互不干涉的讀寫過程,完成各自的任務。

基于CAN總線的多電機消隙天線控制系統(tǒng)

圖2 usb-can接口轉換模塊原理圖

can控制要實現(xiàn)其功能,必須具有外圍擴展接口,構成完整的can通信系統(tǒng),本設計選用pca82c250器件作為can控制器的sja1000和物理總線間的接口,提供總線的差動發(fā)送和接收能力,處理來自canh和canh線的信號,并將處理后的信號傳至控制單元的can接收區(qū)。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總線網(wǎng)絡兩端要接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(jié)點模塊電路的設計

can節(jié)點模塊的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(shù)據(jù)處理之后,從p1.0、p1.1表現(xiàn)出來,分別輸出電機轉動方向信號和頻率及個數(shù)一定的pwm脈沖信號提供給電機驅動器,實現(xiàn)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(shù)字信號頻率不是很高,tlp5621的轉換時間已滿足要求。為了電機運行的安全性,可在電機負載周圍合適的位置設置兩個機械急停按鈕,負載發(fā)生故障時按下按鈕,通知單片機停止pwm輸出,實現(xiàn)電機故障急停。

基于CAN總線的多電機消隙天線控制系統(tǒng)

圖3 can節(jié)點模塊電路原理圖

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端口會依次向下發(fā)送一個或多個雙字節(jié)的數(shù)據(jù)信息,兩個模塊中的單片機處理各自接收到的數(shù)據(jù),實現(xiàn)電機控制。每一個雙字節(jié)數(shù)據(jù)位的定義如下:

基于CAN總線的多電機消隙天線控制系統(tǒng)

(1)電機選擇:每一個不同的高字節(jié)數(shù)據(jù)和各個can節(jié)點的sja1000中的驗收代碼寄存器的值一一對應,可以使低字節(jié)的控制命令準確的到達對應的電機驅動器。

(2) 電機啟停選擇:1為啟動,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分別設有四個檔位的速度。通過改變脈沖周期改變速度。

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

4.2 軟件流程

pc機發(fā)送的每一個雙字節(jié)數(shù)據(jù)都是先發(fā)高字節(jié),后發(fā)低字節(jié),usb總線接口芯片ch372選用單向數(shù)據(jù)流通訊方式,接收完數(shù)據(jù)塊后,以外部中斷請求方式通知單片機接收數(shù)據(jù),單片機應答后進入中斷服務程序,把接收到第一個雙字節(jié)數(shù)據(jù)的高字節(jié)寫入正處在復位模式的can控制器sja-1000的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)的標識碼字節(jié)1的地址,低字節(jié)寫入can控制器sja1000的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)的tx數(shù)據(jù)1的地址,can控制器sja1000由復位模式進入工作模式,并發(fā)送數(shù)據(jù)到can總線,數(shù)據(jù)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(jié)數(shù)據(jù)的高字節(jié)寫入正處在復位模式的can控制器sja1000的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)的標識碼字節(jié)1的地址,低字節(jié)寫入can控制器sja1000的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)的tx數(shù)據(jù)1的地址,can控制器sja1000由復位模式重新進入工作模式,并發(fā)送數(shù)據(jù)到can總線……,直到讀到的ch372緩沖區(qū)中所有數(shù)據(jù)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(jié)點模塊數(shù)據(jù)接收端,單片機接收到saj1000緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)后,通知對方收到數(shù)據(jù)并清空sja1000接收緩沖區(qū),然后進行數(shù)據(jù)處理,通過單片機i/o口控制電機動作,數(shù)據(jù)處理完后,準備下次數(shù)據(jù)接收。圖5為can節(jié)點模塊流程。


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