基于LPC2119的配電控制模塊設(shè)計(jì)

火箭炮配電箱在火箭炮作戰(zhàn)任務(wù)完成過(guò)程中起著極其重要的作用，它主要對(duì)火箭炮的高低和方向調(diào)炮及左右千斤頂放列、撤收進(jìn)行配電控制。目前，火箭炮配電箱使用的控制器件仍是傳統(tǒng)的接觸器，這類(lèi)器件觸點(diǎn)在切換過(guò)程中極容易出現(xiàn)觸點(diǎn)發(fā)熱、粘接、卡死，造成配電動(dòng)作失敗，存在故障隱患時(shí)難以發(fā)現(xiàn);同時(shí)，配電箱為減小大功率電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，采用串聯(lián)啟動(dòng)電阻限流的方法，當(dāng)電機(jī)過(guò)載時(shí)，極易燒壞啟動(dòng)電阻，造成配電箱無(wú)法工作，這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了配電箱的可靠使用，直接影響火箭炮作戰(zhàn)任務(wù)的完成。基于此，亟需改進(jìn)火箭炮現(xiàn)有配電箱，設(shè)計(jì)新型智能配電箱來(lái)解決現(xiàn)有配電箱存在的問(wèn)題，使火箭炮配電朝著自動(dòng)化和智能化方向轉(zhuǎn)變。配電控制模塊是智能配電箱的控制單元，本文基于LPC2119設(shè)計(jì)配電控制模塊。

配電控制模塊總體設(shè)計(jì)

智能配電箱主要由配電控制模塊、智能配電模塊、CAN總線通信模塊和LIN總線通信模塊等組成。配電控制模塊是智能配電箱的控制單元，主要負(fù)責(zé)管理智能配電模塊，監(jiān)控用電負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)雙CAN冗余通道與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)火箭炮配電箱的數(shù)字化、智能化管理。配電控制模塊結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，它以嵌入式微處理器LPC2119為控制核心，主要由CAN收發(fā)器、LIN收發(fā)器、輸入接口、輸出接口和電源模塊等組成。

圖1配電控制模塊結(jié)構(gòu)組成圖

配電控制模塊選用ARM7TDMI版本的LPC2119微處理器作為控制核心，該微處理器將許多外圍功能集成到了芯片內(nèi)部，性?xún)r(jià)比高;選用存儲(chǔ)器FM24C64存儲(chǔ)智能配電模塊的配置參數(shù)信息;配電控制模塊各種通信接口由專(zhuān)用的接口芯片來(lái)負(fù)責(zé)處理;CAN總線接口主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行信息交互，LIN總線接口主要負(fù)責(zé)控制和管理智能配電模塊;串口部分主要預(yù)留系統(tǒng)升級(jí)、信息配置、讀取及修改等。

配電控制模塊上電后，從存儲(chǔ)器中讀取配電箱配置信息，根據(jù)信息對(duì)智能配電模塊進(jìn)行核對(duì)和識(shí)別，完成信息分配初始化工作;實(shí)時(shí)掃描智能配電模塊輸出電流、電壓和溫度參數(shù)，響應(yīng)CAN總線顯示控制命令，上傳配電箱工作狀態(tài)信息至上位機(jī)。配電控制模塊主要性能包括：①通訊協(xié)議采用CAN 2.0B，具有兩路CAN通訊接口，實(shí)現(xiàn)CAN總線的冗余備份;②具有LIN通訊接口，通訊協(xié)議采用LIN 2.0，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有智能配電模塊的控制;③自動(dòng)識(shí)別智能配電模塊，進(jìn)行模塊參數(shù)自動(dòng)下載，方便快速更換、維修智能配電模塊;④上位機(jī)通過(guò)CAN總線可以訪問(wèn)配電控制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能配電箱的維護(hù)和檢修;⑤微處理器通過(guò)CAN總線可以上傳配電狀態(tài)參數(shù)和配電箱故障信息等。

微處理器LPC2119選型

嵌入式微處理器是配電控制模塊的核心部件。本文在綜合考慮CAN總線和LIN通信要求，以及處理器性?xún)r(jià)比、功能完善等方面因素的基礎(chǔ)上，選擇Philips公司的LPC2119微處理器作為配電控制模塊的核心。LPC2119是一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI-S核，并帶有128K片內(nèi)FLASH、16K SRAM、雙CAN總線控制器、片內(nèi)Boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)ISP和IAP、2個(gè)UART通用串口等。LPC2119滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)對(duì)存儲(chǔ)、CAN總線和LIN總線的收發(fā)以及參數(shù)設(shè)置等需求，并且雙CAN總線控制器為系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)提供了方便，LPC2119將處理器內(nèi)核與CAN控制器模塊集成在一起，增強(qiáng)了該芯片的功能，不僅使CAN總線的通訊具有更高的可靠性，而且在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)不需再考慮選用何種CAN控制器，只需增加CAN收發(fā)器即可實(shí)現(xiàn)CAN總線通信，簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。

存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用存儲(chǔ)器FM24C64存儲(chǔ)智能配電模塊的配置參數(shù)信息，F(xiàn)M24C64是采用先進(jìn)的鐵電技術(shù)制造的64K位非易失性存儲(chǔ)器。鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器(FRAM)具有非易失性，且可以像RAM一樣快速讀寫(xiě)，數(shù)據(jù)在掉電后可以保存十年，相比EEPROM或其他非易失性存儲(chǔ)器，F(xiàn)RAM具有可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)。與EEPROM系列不同的是，F(xiàn)M24C64以總線速度進(jìn)行寫(xiě)操作，無(wú)須延時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)到FM24C64后直接寫(xiě)到具體的單元地址，下一個(gè)總線操作可以立即開(kāi)始。FM24C64可以支持1萬(wàn)億次讀寫(xiě)次數(shù)，是EEPROM的1百萬(wàn)倍。

FM24C64非易失性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器的特性包括：①工作電壓為5V;②動(dòng)態(tài)工作電流為150μA;③總線速度可以達(dá)到1MHz;④可以直接替換EEPROM;⑤向上兼容100K和400K總線速度。這些特性使得FM24C64滿(mǎn)足配電控制模塊非易失性要求，使存儲(chǔ)具有更快的寫(xiě)操作速度和更少的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。FM24C64采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兩線接口，8腳SOP封裝，操作溫度范圍為-40℃~+85℃。配電控制模塊采用鐵電存儲(chǔ)器FM24C64(8KB)，主要是作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，F(xiàn)M24C64與LPC2119的電路連接如圖2所示。

圖2 FM24C64與LPC2119的電路連接圖

圖3 MAX3232與LPC2119的電路連接圖