基于CAN-bus總線的電動密集架控制系統(tǒng)設(shè)計

丁華峰，商俊燕

（常州輕工職業(yè)技術(shù)學院 江蘇 常州　213164）

基于CAN-bus總線的電動密集架控制系統(tǒng)設(shè)計

丁華峰，商俊燕

（常州輕工職業(yè)技術(shù)學院 江蘇 常州213164）

信息化時代背景下，智能電動密集架在現(xiàn)代檔案庫房日益普及，它結(jié)合了組合貨架和移動貨架的優(yōu)點，真正實現(xiàn)了效率更高、空間更省，無序存放、有序管理。本文主要介紹一種基于高速CAN-bus總線的電動密集架控制系統(tǒng)，采用STM32處理器與CAN總線控制器TJA1050構(gòu)建高速通信硬件平臺，相比傳統(tǒng)的RS-485接口通信速率更快，可靠性更高，響應(yīng)更實時。

CAN-bus總線；智能電動密集架；STM32處理器；TJA1050

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展和成熟，智能化、信息化的倉庫管理系統(tǒng)越來越多的得到社會的認同。使用電動密集架是現(xiàn)代化倉儲管理技術(shù)的重要體現(xiàn)，他把組合貨架和移動貨架的優(yōu)點結(jié)合到一塊，將傳統(tǒng)的手動密集架與電器控制系統(tǒng)相結(jié)合，并利用微處理器程序控制和電子傳動設(shè)備操縱密集架的移動列，同時加以一些智能檢測技術(shù)使檔案存儲和管理一體化。與傳統(tǒng)貨架相比，智能電動密集架效率更高，空間更省，列數(shù)可根據(jù)用戶需要定制，系統(tǒng)化管理便于對所存儲的物品、資料進行記錄，真正實現(xiàn)無序存放有序管理。

本文主要講述一種基于高速CAN-bus總線的電動密集架控制系統(tǒng)解決方案，與傳統(tǒng)電動密集架采用RS-485通信的系統(tǒng)相比，具有響應(yīng)更快，可靠性更高等特點。

1　系統(tǒng)方案設(shè)計

依據(jù)國家檔案局《DA/T7-2003》直列式檔案密集架行業(yè)標準和圖書密集架國家標準《GB/T 13667.3-2003》，本設(shè)計智能電動密集架控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1　電動密集架系統(tǒng)構(gòu)成圖Fig.1　Structure diagram of the electric shelves system

電動密集架系統(tǒng)包括：檔案管理及密集架控制系統(tǒng)（接數(shù)據(jù)庫）、上位機PC控制部分（帶控制軟件）、密集架區(qū)內(nèi)系統(tǒng)（固定列控制和移動列控制）。本文主要講述CAN-bus總線構(gòu)建區(qū)內(nèi)總線，實現(xiàn)固定列與移動列之間的高速通信，從而實現(xiàn)高速實時的數(shù)據(jù)采集與控制。電動密集架區(qū)內(nèi)系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

電動密集架區(qū)內(nèi)控制系統(tǒng)，主要分為兩部分：固定列控制器和移動列控制器。固定列控制器與上位機PC通過RS232接口相連接，可通過上位機軟件控制密集架開關(guān)列。固定列控制器與移動列控制器之間通過高速CAN-bus總線實時通訊，安裝時固定列可安裝在整個區(qū)的兩側(cè)，也可安裝在區(qū)的中間任意一列，根據(jù)列控制器撥碼開關(guān)，獲取固定列位置，然后根據(jù)上位機命令，計算并控制移動列的移動。

移動列控制器主要完成對輸入信號的檢測，并通過CAN-bus總線發(fā)送給固定列控制器，接收固定列控制器的控制命令，控制電機運動；顯示屏能顯示區(qū)列信息及運動狀態(tài)等，并提供觸摸按鍵實現(xiàn)開關(guān)列的脫機控制。

圖2　電動密集架區(qū)內(nèi)控制系統(tǒng)構(gòu)成圖Fig.2　Structure diagram of the electric shelves area control system

2　CAN協(xié)議與接口電路設(shè)計

2.1CAN協(xié)議分析

CAN（Controller Area Network）以其高可靠性、高性能、和實時性著稱，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、軍事等眾多領(lǐng)域。CAN總線傳輸距離參，可達10 km，抗干擾能力出色，在惡劣環(huán)境下也能保證安全快速的傳輸［1］。

CAN協(xié)議分底層協(xié)議和高層協(xié)議兩部分：底層協(xié)議和高層協(xié)議。底層協(xié)議，主要描述了設(shè)備之間的通信方式［2］，CAN的規(guī)范規(guī)定了OSI的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層如表1所示。

表1　OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)模型低兩層Tab.1 The OSI Open Systems Interconnection model of low layer two

CAN可兼容多種通信介質(zhì)，其中最常用的是雙絞線，接口有兩條線 （CANH和CANL），CAN收發(fā)接口的靜態(tài)電位約2.5 V，此時狀態(tài)為邏輯‘1’，也叫“隱形”，用CANH比CANL高表示邏輯‘0’。CAN的報文格式有兩種，不同之處其實就是識別符長度不同，具有11位識別符的幀稱為標準幀，而還有29位識別符的幀為擴展幀，CAN的高層協(xié)議就是對報文中的11/29位標識符、8字節(jié)數(shù)據(jù)的使用，在工業(yè)控制領(lǐng)域，CANOpen作為CAN總線一種開發(fā)的應(yīng)用層協(xié)議，被廣泛的使用［3］。

2.2CAN總線接口電路

CAN總線接口電路選用STM32F103RBT6處理器內(nèi)置CAN總線控制器，輔以CAN總線收發(fā)芯片TJA1050完成CAN通信［3］。電路如圖3所示。

圖3　CAN總線接口電路圖Fig.3　The CAN bus interface circuit

3　CAN通信軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要實現(xiàn)固定列控制器與移動列控制器之間的高速輪詢，在無控制命令時，輪詢獲取移動列控制器輸入信號等信息，有控制命令時發(fā)送指令，控制列的移動［4］。CAN的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)是通過中斷實現(xiàn)的，每幀數(shù)據(jù)長度＜= 8個字節(jié)，自定義通信協(xié)議當數(shù)據(jù)信息＞8個字節(jié)時，可通過軟件拆分成若干個幀發(fā)送，接收端根據(jù)第一幀數(shù)據(jù)中的長度信息，自動完成數(shù)據(jù)的重組［5］。控制器主程序及CAN中斷程序流程圖如圖4和圖5所示。

圖4　控制器CAN-bus通信主程序流程圖Fig.4　The main program flow chart of CAN-bus communication controller

4　結(jié)　論

相比傳統(tǒng)電動密集架RS-485通信方案，將高速CAN總線應(yīng)用于電動密集架控制系統(tǒng)，大大提高了密集架移動列運行的響應(yīng)速度［6］，接線簡單，運行可靠。用STM32處理器與CAN總線收發(fā)器構(gòu)建電動密集架主從式通訊，成本得到了有效的控制，同時解決了移動列多的情況向系統(tǒng)響應(yīng)慢的問題，電動密集架系統(tǒng)性能得到了極大的提升。

［1］楊春杰，王曙光，杭紅波.CAN總線技術(shù)［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2010.

［2］劉立峰，廖力清，凌玉華.高低速CAN總線在汽車控制系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用［J］.上海汽車，2005，9:26-28.

［3］王海燕，龍辛.基于STM32的CANopen通訊協(xié)議的實現(xiàn)［J］.工業(yè)設(shè)計，2012，2:131-132.

［4］劉威龍，孫明磊，王頔，等.基于STM32的分布式步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012，3:12-14.

［5］XIA Ji-qiang，ZHANG Chuan-sen，BAI Rong-gang，et al. Real-time and reliability analysis of time-triggered CAN-bus ［J］.Chinese Journal of Aeronautics，2013，1:171-178.

［6］戴文俊，范鵬飛，凌有鑄，等.模糊自適應(yīng)PID控制器在無刷直流電機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.安徽工程大學學報，2012，27（1）:64-67.

The design of electric shelves control system based on CAN-bus

DING Hua-feng，SHANG Jun-yan
（Changzhou Vocational Institute of Light Industry，Changzhou 213164，China）

Under the background of information，the intelligent electric shelves in the popularization of modern archives，which combines the advantages of the combination of mobile shelves and shelves，and realize the high efficiency，more space，storage disorder，order management.In this paper，mainly introduces a kind of high-speed CAN-bus control system based on electric serried shelf，Construction of high speed communication hardware platform with STM32 processor and CAN-bus controller TJA1050，which interface communication faster，higher reliability，better real time response than RS-485.

CAN-bus；smart electric shelves；STM32Processor；TJA1050

TN402

A

1674－6236（2016）05-0182-02

2015-04-16稿件編號：201504173

丁華峰（1980—），男，江蘇常州人，碩士，講師。研究方向：單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。