基于CAN總線的數(shù)字式自動找平控制系統(tǒng)設計

基于CAN總線的數(shù)字式自動找平控制系統(tǒng)設計

隨著微型電子技術的發(fā)展以及成本的降低,數(shù)字式控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工程機械中得到了越來越廣泛的應用,基于CAN總線的控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工程機械中正在逐漸普及。數(shù)字式自動找平控制系統(tǒng)可提高瀝青混凝土攤鋪機的性能,改善操縱性等,由于具有高可靠性和靈活性。因此對其研究具有重要的現(xiàn)實意義。實現(xiàn)數(shù)字式控制系統(tǒng)的方案很多,筆者所研制的控制系統(tǒng)是基于CAN總線,以C8051F040單片機為核心而設計的。

2 CAN總線的特點

CAN(Controller Aera Networ)總線是德國BOSCH公司在80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

CAN總線與其他總線相比有如下特點：

1)CAN總線是多主總線結構,即每個節(jié)點機均可成為主機,且節(jié)點機之間也可相互通信。

2)CAN總線通信接口集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能,可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理,包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗、優(yōu)先級判別等。

3)通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維,通信速率最高可達1 Mb／s。

4)CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,取而代之是對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。數(shù)據(jù)塊的標識碼可由11或29位二進制數(shù)組成。因此可以定義11或29個不同的數(shù)據(jù)塊,這種數(shù)據(jù)塊編碼方式還可使不同的節(jié)點同時接收相同的數(shù)據(jù)。

5)數(shù)據(jù)段最大長度為8位,可以滿足通常工業(yè)領域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時8位不會占用總線時間過長,從而保證了通信的實時性。

6)CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能,保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。

CAN總線具有通信速率高、結構簡單、可靠性強的特點,因此。選用CAN總線作為控制器通信方式可以較好地滿足系統(tǒng)要求。

3 攤鋪機自動找平控制系統(tǒng)設計

自動找平控制系統(tǒng)是根據(jù)測量面距基準面(線)的距離,自動調節(jié)電磁閥實現(xiàn)自動找平。該控制系統(tǒng)是由控制器、橫坡傳感器、縱坡傳感器。顯示器單元及電纜組成。系統(tǒng)控制結構如圖1所示?？v坡傳感器可選配接觸式、超聲波、超聲波平衡梁、激光等不同形式的傳感器件?？v向控制器、橫向控制器、顯示器和傳感器采用模塊化設計以滿足各自不同的控制要求。模塊之間通信采用CAN總線方式。模塊化設計有利于系統(tǒng)集中操作以及系統(tǒng)擴展。

系統(tǒng)中控制器根據(jù)相應的傳感器信號控制電磁閥動作;顯示器為可選單元,安裝在操作室內,顯示每個控制器的參數(shù)和信息,還可以通過按鈕控制相應的控制器。

3．1 控制器

控制器為自動找平系統(tǒng)的核心部分。數(shù)據(jù)處理部分采用C8051F040單片機。C8051F040是由美國Cygnal公司生產(chǎn)的完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片SoC(System on Chip),具有與8051指令集完全兼容的CIP-51內核。它集成了構成單片機數(shù)據(jù)采樣或控制系統(tǒng)所需的所有模擬和數(shù)字外設及其他功能元件。C8051F040包括64 kB Flash、4352 B RAM、CAN控制器2．0、2個串行接口、5個16位定時器、12位A／D轉換器、8位A／D轉換器、12位D／A轉換器以及6個PCA模塊等．它內部還帶有JTAG接口,使調試非常方便。通訊部分主要采用C8051F040內部集成的CAN控制器,并留有其他主流通訊接口。基于CAN總線的設計可以隨意擴展任何新型傳感器,實現(xiàn)多種找平控制功能。