基于CAN總線的步進電機多機控制系統(tǒng)的設計

1 引言

　　由于can總線的系統(tǒng)集成特點，基于汽車車身控制系統(tǒng)的can總線技術應用范圍已經(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)場總線。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(zhuǎn)化成角位移的機械執(zhí)行裝置，具有結(jié)構(gòu)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控制系統(tǒng)中。隨著微型計算機和微電子技術的發(fā)展，步進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(zhuǎn)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，來控制步進電機驅(qū)動器及電機終端。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)送給基于usb總線的通用設備接口芯片ch372的usb-can接口轉(zhuǎn)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(qū)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(zhuǎn)及行程控制。圖1為本設計的系統(tǒng)方案圖。

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。

圖2 usb-can接口轉(zhuǎn)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(gòu)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。