基于CAN總線的機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計

方立雯　張凱

摘要：傳統(tǒng)的機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器與傳感器存在可靠性低、自身處理能力差等問題，為此，提出了一種基于CAN總線的機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計。首先對系統(tǒng)的硬件進行了設(shè)計；然后對系統(tǒng)的軟件進行了設(shè)計；最后進行了實驗。

關(guān)鍵詞：CAN總線；機械輔助設(shè)備；自動控制系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TH39文獻標識碼： A

隨著電子技術(shù)與人工科學的不斷發(fā)展，人們對工程中機械輔助設(shè)備的自動化的要求也越來越高[12]。目前的機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)采用的是集中型的參數(shù)檢測，將傳感器、驅(qū)動器、液壓器等連接起來，促使整個系統(tǒng)的電纜與液壓管路增加，導致系統(tǒng)的可靠性低，自身處理能力差[34]。針對存在的問題，我提出了一種基于CAN總線的機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計。首先對系統(tǒng)的硬件進行了設(shè)計；然后對系統(tǒng)的軟件進行了設(shè)計；最后進行了實驗。實驗結(jié)果表明，機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)在CAN總線技術(shù)的支持下，響應(yīng)的速度較快、魯棒性較好，擴展性較強。

1 基于CAN總線的機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計

基于CAN總線的機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)是由3部分組成，分別是：CAN 接口適配卡、多個現(xiàn)場智能控制單元、上位管理機。 采用 CAN 作為總線將每個控制的組件連接成一個具有分布特點的智能控制系統(tǒng)，以 AT89C52 的單片機作為該系統(tǒng)模塊的智能控制器，其傳輸?shù)慕橘|(zhì)是通信位速率為125Kbit/s的雙絞線。并使用微電腦的形式構(gòu)成上位管理機，其網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)使用的是 CAN 的總線驅(qū)動方式對機械進行輔助。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)需要不斷的更新，因此，采用了基于CAN總線的方法對硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行硬件設(shè)計。機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)的硬件組成有：計算機、通訊的網(wǎng)絡(luò)、關(guān)機的控制器。硬件系統(tǒng)的設(shè)計是由3個相同的控制器分布在機械輔助自動控制器的不同關(guān)節(jié)，并通過接收到的指令傳遞給計算機系統(tǒng)，具體的硬件設(shè)計框圖如圖1所示。

根據(jù)設(shè)計中對模塊的需求選用了型號為EC4-1814LD2NA，具有嵌入式的單板的計算機作為整個機械輔助的主控制系統(tǒng)，但是這種型號的主控制計算機并不包含CAN的總線，因此，又配置了型號為USBCAN-I，具有智能功能的接口卡。利用USB的總接口將計算機和網(wǎng)絡(luò)的總線與控制器的開關(guān)連接起來能夠促進數(shù)據(jù)與指令的傳達，而通信的協(xié)議選擇的是CAN總線的協(xié)議。在進行控制的時候，采用輸出功率為240W的關(guān)節(jié)的控制器作為關(guān)鍵的步驟，CAN作為總線，其電機碼盤的總接口與通信的接口各裝置一個型號為TMS320F2810主控的芯片，并采用AD的裝換器作為電路轉(zhuǎn)碼的驅(qū)動器。

2 實驗結(jié)果與分析

為了驗證基于CAN總線的機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計的合理性進行了如下的實驗。在機械輔助的自動控制的過程中，使用C51的語言對系統(tǒng)的軟件進行開發(fā)與調(diào)試，采用A/D采樣控制程序和控制算法。對CAN的控制器網(wǎng)絡(luò)通信進行參數(shù)的設(shè)定，包括：控制的速率、屏蔽碼、驗收碼、字段長和總線定時。而信息的發(fā)送與接收都是由控制器自動完成的，作為發(fā)送的程序需要將發(fā)送的幀數(shù)傳遞到緩沖區(qū)，就可以啟動命令。將傳統(tǒng)的機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)與基于CAN總線的機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)進行對比，如圖2所示。

通過圖2可以看出，基于CAN總線的機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)相比，其通信的速率更高。

由此可以得出結(jié)論：采用CAN總線的自動控制系統(tǒng)通信速率較高，具有實時性和錯誤處理能力的優(yōu)點，既發(fā)揮了CAN總線的優(yōu)勢，又彌補了傳統(tǒng)方式的不足。

3 結(jié)語

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的工業(yè)領(lǐng)域也需要越來越高的自動化程序?；贑AN總線的技術(shù)將機械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)的各種模塊進行了分散，各個模塊都有屬于自己的處理中心。該系統(tǒng)的設(shè)計極大的簡化了原本復雜的工程程序，提高了自動控制的可靠性，降低了傳統(tǒng)模式下操作的風險，具有較廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻：

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[2]劉曉光，張亞靖，胡靜濤，等.基于CAN總線的農(nóng)機導航控制系統(tǒng)終端的設(shè)計與實現(xiàn)[J].農(nóng)機化研究， 2016（11）：133136.

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作者簡介：方立雯，女，助教，主要從事機械制造及其自動化方向研究；張凱，男，助教，主要從事機械制造及其自動化方向研究。