基于CAN總線的懸浮控制調(diào)試網(wǎng)

賴重平 羅京 李振 朱躍歐

摘 要：磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)在調(diào)試過程中需要將一些控制量上傳到上位機界面進行顯示，并要將一些參數(shù)和命令下發(fā)給控制器。本文構(gòu)建了基于CAN總線的磁浮列車懸浮控制調(diào)試網(wǎng)。并指出了應(yīng)用中要注意的一些方面。

關(guān)鍵詞：CAN總線；懸浮控制；調(diào)試網(wǎng)

0 引言

磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)在調(diào)試過程中需要將一些控制量上傳到上位機界面進行顯示，并要將一些參數(shù)和命令下發(fā)給控制器。所以有必要構(gòu)建調(diào)試網(wǎng)。CAN總線是一種串行通信協(xié)議，具有較高的通信速率和較強的抗干擾能力，現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、交通工具等眾多領(lǐng)域。懸浮控制器芯片集成了增強型CAN總線通信接口，能夠支持CAN2.0B協(xié)議[1，2]。

1 硬件實現(xiàn)

由CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點。實際應(yīng)用中，節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。當(dāng)使用PC82C250作為CAN收發(fā)器時，同一個網(wǎng)絡(luò)允許掛接110個節(jié)點。CAN可提供高達1Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實時控制變得非常容易。另外，硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力。CAN是一種多主方式串行通信總線。中低速磁浮列車一節(jié)車有20個控制器，也就是20個點。硬件原理框圖如圖1所示，圖中顯示了一個節(jié)點的連接[3]。

實際應(yīng)用中要注意終端電阻匹配，只允許在兩端接有終端電阻，也就是第1和第20節(jié)點接有終端電阻。否則會引起網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定。另外CAN模塊供電要用輸出電壓波動小的電源模塊，輸出電壓波動最好控制在0.1V之內(nèi)。否則會誤動作光耦，造成CAN網(wǎng)無法工作。

2 控制器軟件實現(xiàn)

控制器芯片編程，要接收上位機下發(fā)的命令和參數(shù)，如起浮和降落命令、懸浮控制調(diào)整參數(shù)值。本文將CAN接收程序放在主程序中用查詢的方式實現(xiàn)，如圖2所示。另外要將一些控制量上傳到上位機進行顯示，如間隙、加速度、電流、電壓、各種狀態(tài)值。本文用定時器中斷的方式實現(xiàn)CAN發(fā)送，如圖3所示。實際應(yīng)用中要根據(jù)需要增減幀的數(shù)量，每個幀傳送的位數(shù)是有限制的，所以傳的量多了，自然要增加幀的數(shù)量。

實際應(yīng)用中注意不管是以字節(jié)還是字的方式上傳，一個量只能一次上傳，不能分開兩次上傳，否則因為中斷的原因會造成數(shù)據(jù)尖峰。

3 上位機界面

控制芯片和上位機按同一個數(shù)據(jù)格式和協(xié)議進行編程，數(shù)據(jù)格式如下所示：

CAN2.0B 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式如下：

上位機界面要能按節(jié)點顯示各個控制量并顯示其波形，如間隙和加速度波形，電流、電壓波形，還要能將這些數(shù)據(jù)保存在上位機的硬盤里便于事后進行分析。并有下發(fā)懸浮、降落等命令的按鈕。還必須能設(shè)置控制參數(shù)。

聯(lián)調(diào)通過后的上位機界面如圖4所示。

4 結(jié)束語

懸浮控制調(diào)試網(wǎng)所處電磁環(huán)境惡劣，而且控制器離上位機較遠，所以選用CAN來組建調(diào)試網(wǎng)。本文構(gòu)建的調(diào)試網(wǎng)穩(wěn)定運行，主要嚴格按照芯片手冊搭硬件電路，并根據(jù)實際應(yīng)用過程中遇到的問題優(yōu)化。軟件方面要保證實時性，也要盡量少浪費控制芯片的資源，不影響別的程序段運行。

參考文獻：

[1]陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.

[2]顧衛(wèi)鋼.手把手教你學(xué)DSP[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[3]Data Sheet PCA82C250，Philips Semiconductors，September 1994.