基于CAN總線的步進(jìn)電機(jī)多機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言

　　由于can總線的系統(tǒng)集成特點(diǎn)，基于汽車車身控制系統(tǒng)的can總線技術(shù)應(yīng)用范圍已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越汽車控制領(lǐng)域，擴(kuò)展到了機(jī)械工業(yè)、家用電器及傳感器等各種其它測(cè)控領(lǐng)域，被國(guó)際公認(rèn)為是重要的的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線。作為運(yùn)動(dòng)控制對(duì)象，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為一種將離散的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成角位移的機(jī)械執(zhí)行裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、定位精度高和無(wú)誤差累積等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中。隨著微型計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的這一性能必將得到更為廣泛的應(yīng)用。因此對(duì)于can總線的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制研究具有十分明顯的現(xiàn)實(shí)意義。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　該系統(tǒng)可由一臺(tái)pc機(jī)作為命令發(fā)送主機(jī)，通過(guò)bus-can接口轉(zhuǎn)換模塊接入can總線，各節(jié)點(diǎn)是有單片機(jī)控制的具有can總線數(shù)據(jù)收發(fā)功能的模塊，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)終端。在pc機(jī)的應(yīng)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(shè)備接口芯片ch372的usb-can接口轉(zhuǎn)換模塊上的單片機(jī)，單片機(jī)處理之后，再把數(shù)據(jù)傳送到連接著各個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的節(jié)點(diǎn)的can總線上，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制模塊根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度、正反轉(zhuǎn)及行程控制。圖1為本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案圖。

圖1 系統(tǒng)總體方案圖

3 硬件設(shè)計(jì)方案

　　系統(tǒng)的硬件包括usb-can接口模塊和can節(jié)點(diǎn)接收模塊電路的設(shè)計(jì)。

　　3.1 usb-can接口模塊電路的設(shè)計(jì)

　　bus-can接口模塊主要是由51單片機(jī)、ch372、sja1000及82c250組成，主機(jī)通過(guò)ch372把數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)再把數(shù)據(jù)通過(guò)sja1000發(fā)送到can總線上。圖2中給出了從pc機(jī)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(shè)計(jì)中使用的是+5v，可以直接從usb口獲得，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。與單片機(jī)連接的ch372和sja1000通過(guò)片選信號(hào)實(shí)現(xiàn)互不干涉的讀寫過(guò)程，完成各自的任務(wù)。

圖2 usb-can接口轉(zhuǎn)換模塊原理圖

　　can控制要實(shí)現(xiàn)其功能，必須具有外圍擴(kuò)展接口，構(gòu)成完整的can通信系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)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(dòng)發(fā)送和接收能力，處理來(lái)自canh和canh線的信號(hào)，并將處理后的信號(hào)傳至控制單元的can接收區(qū)。為了保護(hù)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(luò)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。