基于ＣＡＮ總線的虛擬測控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

曾慧敏　江　華　干樹川　方　寧

[摘要]設(shè)計一套具有交互式圖形界面的直流電機(jī)虛擬測控網(wǎng)絡(luò),它由下位機(jī)現(xiàn)場監(jiān)控、現(xiàn)場總線通信和上位機(jī)集中管理三部分組成。該測控網(wǎng)絡(luò)具有以下功能:(1)控制現(xiàn)場設(shè)備;(2)監(jiān)視測試過程;(3)記錄、整理并分析測試結(jié)果。

[關(guān)鍵詞]CAN總線 虛擬儀器 LabVIEW 數(shù)據(jù)庫

中圖分類號:TP3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0810050-01

一、引言

目前,許多工廠、學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室中,現(xiàn)有的常規(guī)設(shè)備有的已經(jīng)老化,有的技術(shù)上相對落后,而有些需要的功能卻又不具備。實(shí)際使用中,技術(shù)的更新又會形成對儀器提出新的需求,也造成一些儀器的閑置。這些現(xiàn)象促使我們改革以往的傳統(tǒng)儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)較好地解決了上述問題。本文就是在次基礎(chǔ)提出來的一種虛擬測控網(wǎng)絡(luò)。

二、設(shè)計內(nèi)容

本系統(tǒng)是對實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備直流電機(jī)進(jìn)行控制的,它是由“PC機(jī)+CAN總線通信+下位機(jī)智能節(jié)點(diǎn)+晶閘管整流+直流電機(jī)”構(gòu)成一套完整的虛擬儀器測控網(wǎng)絡(luò)。其中,PC機(jī)為上位機(jī)即主節(jié)點(diǎn),它即要負(fù)責(zé)接收從站(即下位機(jī))發(fā)送來的數(shù)據(jù)并將電機(jī)的各個運(yùn)行參量實(shí)時顯示出來,同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分析,還要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行集中監(jiān)控并將控制命令發(fā)送到從站節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。而從節(jié)點(diǎn)為帶有各種CAN接口的測控模塊,它主要由單片機(jī)和可編程的CAN通信控制器組成,負(fù)責(zé)將運(yùn)行時的相關(guān)參數(shù)通過CAN總線傳送給主站節(jié)點(diǎn)。

(一)上位機(jī)的監(jiān)控程序

監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)功能有:系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)庫管理及報表生成與打印。其總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示:

這里監(jiān)控程序?qū)B接在PC機(jī)上的CAN設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,并且利用這些CAN設(shè)備向CAN總線上接收/發(fā)送數(shù)據(jù),它實(shí)質(zhì)上就是一個CAN節(jié)點(diǎn)(主節(jié)點(diǎn))。該程序就是用計算機(jī)軟件來代替原有硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)的功能,這就是虛擬儀器的重要作用。

1.虛擬儀器

虛擬儀器的核心是以計算機(jī)作為儀器的硬件支撐,充分利用計算機(jī)獨(dú)具的運(yùn)算、存儲、回放、調(diào)用、顯示以及文件管理等智能式功能,使之與PC機(jī)結(jié)合起來融為一體,這樣便構(gòu)成了一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同,同時又充分享用了PC機(jī)智能資源的全新的儀器系統(tǒng)。其中儀器的按鍵功能、面板和控件都是由軟件形成的。

2.CAN總線通信配置

由于PC上一般不具備CAN接口,所以目前的CAN設(shè)備都是通過各種轉(zhuǎn)接設(shè)備與PC機(jī)相連接,這里我們采用廣州周立功單片機(jī)發(fā)展公司提供的微型并口CAN轉(zhuǎn)換器CANmini。本測控系統(tǒng)同一時間需要監(jiān)控的參量主要有電機(jī)的實(shí)時轉(zhuǎn)速、電流、相位、給定轉(zhuǎn)速/電流值以及給定的PID參數(shù)等。下面從兩個方面分別介紹發(fā)送/接受協(xié)議。

(1)上位機(jī)發(fā)送下位機(jī)接受的協(xié)議

在BasicCAN模式下,CAN總線每幀最多可以攜帶8個字節(jié)的數(shù)據(jù),字節(jié)1(數(shù)據(jù)源ID)代表本楨數(shù)據(jù)的來源,即上位機(jī)ID。字節(jié)2(命令字)代表上位機(jī)給下位機(jī)發(fā)送的命令,如表1所示。當(dāng)命令字設(shè)定為各個參數(shù)時對應(yīng)的數(shù)據(jù)由字節(jié)3、字節(jié)4、字節(jié)5表示,如表2所示。下位機(jī)接受到上位機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)后,將根據(jù)下述各表格決定執(zhí)行的動作。

(3)下位機(jī)發(fā)送上位機(jī)接受的協(xié)議

上位機(jī)接受到下位機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)后將按照此下表3來解析數(shù)據(jù)。

3.監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的界面

監(jiān)控界面只有一個屏,儀器的按鍵功能、面板和控件都是由軟件形成的,所以它就是一個典型的虛擬儀器,監(jiān)控程序的界面如圖2所示。

(二)建立完整的虛擬儀器測控網(wǎng)絡(luò)

下位機(jī)智能節(jié)點(diǎn)采用直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化控制器,結(jié)合上位機(jī)監(jiān)控組成一個由“CAN監(jiān)控程序+CANmini接口卡+CAN總線+CAN智能節(jié)點(diǎn)”構(gòu)成的CAN測試網(wǎng)絡(luò)。

(三)采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理

直流電機(jī)測試系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)是實(shí)時地連續(xù)采集,而且是采集大量數(shù)據(jù)。LabVIEW提供許多種文件輸入輸出操作,其存儲數(shù)據(jù)的空間有限,因此,建立一個和數(shù)據(jù)庫連接平臺,是十分必要的。本文采用NI公司的Labview Add ODS中的數(shù)據(jù)庫接口工具包LabVIEW SQL Toolkit直接對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問,并選擇數(shù)據(jù)庫Access,從而實(shí)現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的管理與操作。

三、結(jié)論

經(jīng)多次試驗(yàn)驗(yàn)證,基于虛擬儀器技術(shù)的該測控網(wǎng)絡(luò)滿足用戶所要求的各種性能指標(biāo),可以大大縮短了試驗(yàn)周期。并且該系統(tǒng)為其它測試系統(tǒng)開發(fā)提供了應(yīng)用方案,促進(jìn)了虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展,在工程中可以直接使用。

參考文獻(xiàn):

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作者簡介:

曾慧敏(1979-),女,河南人,碩士,控制理論與控制工程專業(yè),四川理工學(xué)院,助教。