方立雯　張凱

摘要：傳統(tǒng)的機(jī)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(jī)械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)；然后對系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)；最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

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

中圖分類號：TH39文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

隨著電子技術(shù)與人工科學(xué)的不斷發(fā)展，人們對工程中機(jī)械輔助設(shè)備的自動化的要求也越來越高[12]。目前的機(jī)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(dǎo)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(jī)械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)；然后對系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)；最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)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(kuò)展性較強(qiáng)。

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

基于CAN總線的機(jī)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(jī)。 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(diǎn)的智能控制系統(tǒng)，以 AT89C52 的單片機(jī)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(jī)，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(jī)械進(jìn)行輔助。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)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(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。機(jī)械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)的硬件組成有：計(jì)算機(jī)、通訊的網(wǎng)絡(luò)、關(guān)機(jī)的控制器。硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是由3個相同的控制器分布在機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具體的硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)作為整個機(jī)械輔助的主控制系統(tǒng)，但是這種型號的主控制計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的總線與控制器的開關(guān)連接起來能夠促進(jìn)數(shù)據(jù)與指令的傳達(dá)，而通信的協(xié)議選擇的是CAN總線的協(xié)議。在進(jìn)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(jī)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了驗(yàn)證基于CAN總線的機(jī)械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)。在機(jī)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(jìn)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(jìn)行參數(shù)的設(shè)定，包括：控制的速率、屏蔽碼、驗(yàn)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(jī)械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)與基于CAN總線的機(jī)械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)進(jìn)行對比，如圖2所示。

通過圖2可以看出，基于CAN總線的機(jī)械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機(jī)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(shí)時性和錯誤處理能力的優(yōu)點(diǎn)，既發(fā)揮了CAN總線的優(yōu)勢，又彌補(bǔ)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。基于CAN總線的技術(shù)將機(jī)械輔助設(shè)備自動控制系統(tǒng)的各種模塊進(jìn)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(jì)極大的簡化了原本復(fù)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(fēng)險，具有較廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]黎永鍵，趙祚喜，黃培奎，等.基于CAN總線的拖拉機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016（s1）：3542.

[2]劉曉光，張亞靖，胡靜濤，等.基于CAN總線的農(nóng)機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].農(nóng)機(jī)化研究， 2016（11）：133136.

[3]周凱紅，李成，王聰毅，等.基于CAN總線的車間粉塵檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器， 2016（11）：8184.

[4]宋全偉，甄國涌，劉東海，等.基于CAN總線的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子器件， 2015， 38（5）：10761080.

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