使用高速网络的工业管汇控制系统

文摘

本文基于控制器区域网络的多电机控制电路(可以)总线。图片(16 f877a)单片机的基础和电路是基于使用内置的数模转换器,为了实现运动控制的崩溃。细分控制,由软件设定细分步骤。篇文章详细描述了系统的总体结构的硬件设计、软件设计流程和CAN总线控制器结构。相比之下,传统的集中控制,电机控制系统具有较高的可靠性。实验结果表明,该系统和智能控制模块是有效的和有效的。

关键字

PIC单片机16 f877a,控制器。

我的介绍。

电机使用在许多行业出于各种目的,作为人与机器之间的桥梁。即使我们使用不同类型的电机我们需要一个控制器来控制电机。控制行业起着至关重要的作用。通常行业可能使用成百上千的汽车,因此他们需要一个个人对每个电机控制单元。

在退出系统每个电机提供单独电机控制单元或相同的速度操作汽车需要一个单一的控制单元。由于成本控制单元的复杂性,复杂,维护和提高线束造成错误查找和调试困难。这种类型的控制网络控制单元必须放在电机本身。得到一个高效运行电动机不能通过控制单元,因为大量的汽车网络故障无法轻易识别可能是物理故障或其他。实现控制,适当的和有效的运行电动机调速控制器,嵌入式系统技术使用。

图片控制器是一种短的“外围接口控制器”,这是用来连接控制单元的输入/输出设备。控制器区域网络(可以)是一个ISO标准协议来获得可靠和快速的信息传播。通过使用这个协议可以将输入信号发送没有任何损失长途汽车尽管(6公里)。后可以协议的主要优势,证明可靠性、高速、错误处理和错误监禁。

控制器区域网络(可以)最初是在80年代初由博世。为了解决车辆控制和测量大量数据之间的交换设备和一个串行总线数据通信的发展,属于现场总线领域,它成为国际标准(ISOH898:公路车辆、高速数字交换系统控制器区域香港标准)在1993年。CAN总线是一种缩写;全称应该是“控制器区域网络巴士”控制器区域网络英文第一个字母的组合。与我们共同的USB总线,总线属于一个类的概念,但可以使用差分信号传输总线,有较强的错误检测能力,通信距离,被用在一些特殊的场合,如汽车、工厂和矿山,如当地强大干扰。

二世。的基本DESPCRIPTION模块

整个操作的项目显示在框图的形式,从而在看到我们可以很容易地理解项目的目标和操作。框图包括电源、单片机控制器,可以收发器、CAN总线和马达。

电源是每个单位如图片给控制器,控制器,可以收发器和汽车司机的操作。CAN总线是一种交流的媒介控制单元和电机之间的网络。图控制器系统起着至关重要的作用。干扰可以控制器、液晶显示和汽车司机。数据传送到电机通过CAN总线串行通信网络。

可以控制器和收发器需要主要角色的数据传输效率。可以给出控制器的输出可以收发信号传播的微分输出。CAN总线是一种两线微分总线数据传输能力大约每秒兆比特。当电源被改变电位器可以控制电机的速度在图片的帮助下,控制器,可以收发器和can总线。

每个电路都应该有一个电源工作。所以电源主要设备的工作要求。所有的电子元件从二极管只英特尔集成电路的使用从±5 v直流供电±12 v。我们使用相同的,一般最便宜和230年能源v-50hz下台,整流,滤波和调节电压。

ECU(嵌入式控制装置)是这个项目的核心。它将控制整个操作系统。电动机是美联储的信号控制装置,它将处理数据或信号,它将开始操作和处理的数据将被发送到液晶监控的目的。本单元采用PIC16F877A单片机操作。

控制器区域网络(可以)协议控制器实现可以规范V2.0 A / B。它支持可以1.2,2.0,2.0 b被动,并且可以2.0 b活性版本的协议,并能发射和接收标准和扩展信息。它也能够接受过滤和信息管理。它包括三个传输缓冲区和两个接收缓冲区,减少所需的单片机(MCU)管理。单片机通信实现通过一个行业标准串行外围接口(SPI)与数据速率5 Mb / s。

CAN总线是一种平衡(微分)2线接口运行电线。位编码使用非归零(NRZ)编码(位填充)微分两线总线数据通信。NRZ编码的使用保证了最小数量的紧凑的消息转换和高韧性外部干扰。最大线长度是1公里,40米1 mbps。

L293D旨在提供双向驱动电流600 - ma电压4.5 v至36 v。这个设备主要设计了驱动电感负载,如继电器、螺线管、直流和双相步进马达,以及其他大电流/在积极供给高压加载应用程序。

答:硬件使用

PIC单片机16 f877a:

PIC16F877A单片机是受欢迎的在这一刻开始从初学者到专业人士。因为PIC16F877A的操作是容易的,通过使用闪存技术write-erase可以成为可能,直到一次。只要PIC16F877A 40销了32路的I / O。

PIC16F877A完全适合多种用途,从汽车行业和控制家用电器工业仪器、远程传感器、电子门锁和安全设备。它也非常适合智能卡以及电池提供设备由于其低功耗。EEPROM作为更容易将微控制器应用到设备需要永久存储的各种参数(编码发射器、运动速度、接收机频率,等等)。在系统可编程的芯片(连同只使用两个别针在数据传输)可能使产品的灵活性,在组装和测试已经完成。此功能可用于创建流水线生产、存储校准数据只能最终测试后,也可以用于改善项目成品

通常输入信号都是模拟电路形式,但单片机只能理解数字的输入即0和1。模拟到数字的转换,我们使用ADC但PIC 16 f877a ADC是一个内置的特性。ADC负责将一些模拟的价值信息转换为二进制数,之前通过CPU块进行进一步处理。

b .内存分配

数据eepm和FLASH程序内存是可读和可写在正常操作。内存的数据是不能直接映射寄存器文件的空间。相反,它是间接通过特殊功能寄存器(SFR)。有六个sfr用来读写程序和数据EEPROM作为。在写程序无法访问内存,因此代码不能执行。在写操作期间,振荡器继续时钟外围设备,因此他们继续经营时编写完成后,下一个指令在执行管道和分支到中断向量地址。这些设备可以有多达8 k的程序与一个地址范围从0 h eepm 3 fffh。

主同步串行端口(MSSP)模块是一个串行接口用于与其他外围或单片机通信设备。这些外围设备可能是连环eepm,移位寄存器,显示驱动程序、A / D转换器,等等。MSSP模块可以有两种操作模式:

一个¯ƒ˜串行外围接口(SPI)

一个¯ƒ˜Inter-Integrated电路(I2C)

c串行PERHERIAL接口

主可以随时发起数据传输,因为它控制串行时钟(SCK)。主决定当奴隶广播数据由软件协议。如果SPI模块只会接收,SDO的输出可能被禁用(程序作为输入)。SSPSR寄存器将继续转变的信号出现在SDI销程序时钟频率。收到每个字节,它将被加载到SSPBUF注册好像正常收到字节(中断和状态位适当设置)。时钟极性是选择适当的编程CKP (SSPCON < 4 >)。

在奴隶模式下,数据传输和接收外部时钟脉冲出现在串行时钟(SCK)。最后一点是锁住时,中断标志位SSPIF (PIR1 < 3 >)。而在奴隶模式下,外部时钟是由外部时钟源SCK销。这个外部时钟必须满足最低高低倍电气规范中指定。在睡眠模式下,奴隶可以发送/接收数据。当接收到一个字节时,设备将从睡眠唤醒。

三世。(控制器区域网络)描述吗

可以包括媒体依赖接口定义,这样所有的低两层指定。

一个¯ƒ˜ISO11898高速应用程序是一个标准,

一个¯ƒ˜ISO11519低速应用程序是一个标准,

一个¯ƒ˜J1939 (SAE)是针对卡车和公共汽车的应用程序。

所有这三个协议指定一个5 v微分电物理接口总线。更高的层协议(hlp)通常用于实现OSI参考模型的上五层。hlp用于:

1)标准化启动程序,包括使用比特率

2)参与节点之间分配地址或类型的消息,

3)确定消息的结构,

4)提供系统级错误处理例程。

这决不是一个完整的列表的函数hlp执行;然而它描述他们的一些基本功能。

可以协议单位

可以协议单位处理CAN总线技术的分布式控制系统的概念是使用嵌入式PIC单片机实现的。可以协议由两层OSI层如数据链路层,物理层的控制器和物理层协议。

能控制器(MCP2515):“

MCP2515是一个控制器区域网络控制器实现可以规范V2.0(可以)协议。它支持可以1.2,2.0,2.0 b被动,并且可以2.0 b活性版本的协议,并能发射和接收标准和扩展信息。它也能够接受过滤和信息管理。它包括三个传输缓冲区和两个接收缓冲区,减少所需的单片机(MCU)管理。单片机通信实现通过一个行业标准串行外围接口(SPI)与数据速率5 Mb / s。

设备的功能

MCP2510是一个独立的控制器开发的简化要求与CAN总线的应用程序。该装置包括三个主要模块:

1)可以协议引擎。

2)控制逻辑和SRAM寄存器用于配置设备及其操作。

3)块的SPI协议。

该协议引擎可以处理所有总线上的接收和发送消息的功能。消息是通过首先加载适当的消息缓冲区和控制寄存器。传输是由使用控制寄存器位,通过SPI接口或通过使用传输使针。可以通过阅读检查状态和错误相应的寄存器。

CAN总线上的任何信息检测是检查错误然后匹配用户定义的过滤器是否应该进入一个两个接收缓冲区。单片机接口通过SPI接口设备。写作和阅读的所有寄存器都是使用标准SPI读写命令。中断大头针允许更大的系统提供了灵活性。有一个多功能中断销以及特定中断大头针的每个接收寄存器时,可以用来表示一个有效的消息被收到并加载到一个接收缓冲区。也有三针可以发起即时消息的传输已经加载到的三个传输寄存器。使用这些针是可选的,启动消息传输也可以利用控制寄存器完成通过SPI接口访问。

2551年可以收发器(MCP):

MCP 2551是可以协议控制器之间的接口和物理总线。设备提供差动传输功能的总线和微分控制器能接收能力。它主要负责的差分电压转换为正常电压总线。CAN总线的描述

CAN总线是一种平衡(微分)2线接口运行在一个屏蔽双绞线(STP), Un-shielded双绞线(UTP),或带状电缆。非归零(NRZ)位编码(bitstuffing)用于数据通信总线上微分两线。NRZ编码的使用保证了最小数量的紧凑的消息转换和高韧性外部干扰。

定义不同的数据速率,1 mbps(比特/秒)是高端,和10 kbps的最低利率。最大线长度是1公里,40米1 mbps。使用终端电阻两端的电缆。最坏的传输时间8字节的帧数的标识符是134位时代(134微秒的最大传输速率1兆比特/秒)。CAN总线接口使用异步传输方案控制启动和停止位在每个字符的开始和结束。信息传递数据帧从发射机到接收机。

与防撞载波监听多路访问(CSMA / CA)

通信协议可以是CSMA / CA协议。CSMA代表载波监听多路访问,使网络上的每个节点必须监控校车的任何活动之前试图发送消息总线(载波监听)。此外,一旦这段没有活动时,每个节点在公共汽车上有平等的机会发送一条消息(多)。在可以协议,整个仲裁发生没有腐败或延迟高优先级消息的。有几件事情需要支持无损逐位仲裁。

一个¯ƒ˜逻辑状态需要被定义为显性或隐性的。

一个¯ƒ˜传输节点必须监视总线的状态是否逻辑状态。

控制器可以定义的逻辑位0作为主导一点一点和逻辑1

隐性。主导一点一点状态总是在仲裁隐性状态,因此较低的消息标识符中的值(消息仲裁过程中使用的字段),消息的优先级越高。

可以消息框架描述

标准的数据帧

与所有其他帧,帧开始的开始帧(SOF),这是占主导地位的国家,它允许所有节点的同步。

仲裁领域

SOF后跟仲裁领域。仲裁领域组成的12位;数标识符和远程传输请求(RTR)。RTR位用于区分数据帧(RTR主导)从一个远程帧(RTR一些隐性的)。

控制领域

控制字段组成的六位;这个领域的第一个是扩展的标识符(IDE)占主导地位,必须指定一个标准的框架。以下,保留一些零(RB0),保留和定义是一个占主导地位的一些协议。剩下的四位控制字段的数据长度代码(DLC)指定的消息中包含的数据的字节数。

数据字段

这包含任何数据字节被发送,并定义的长度由上面的数据链路控制(主/字节)。循环冗余校验(CRC)

它遵循数据字段,用来检测传输错误。CRC字段由15位CRC序列,紧随其后的是隐性CRC分隔符。ACK槽位,传输节点发送一个隐性位。任何节点收到一个错误自由承认的正确接收帧发送回一个占主导地位的。隐性承认分隔符完成承认,可能不会被主导覆盖。

仲裁领域

扩展的数据帧,SOF后跟仲裁领域由32位。前11位是最重要的位(Base-lD)而且甚至于标识符。这11位是紧随其后的是替代远程请求(SRR)定义是隐性的。SRR一点一点lDE是紧随其后的是隐性表示一段可以框架。应该注意的是,如果仲裁仍未得到解决后传播的前11位标识符,其中一个节点参与仲裁是发送标准框架(数标识符),标准可以框架将赢得仲裁由于lDE主导的断言。同时,SRR在一个扩展的框架必须可以隐性允许主导RTR钻头的断言一个节点发送一个标准可以远程帧。SRR和lDE位是紧随其后的是剩下的18位的标识符(扩展lD)和远程传输请求。让标准和扩展帧被发送在一个共享的网络,有必要把29位扩展消息标识符分成数(最重要的)和18位(最低有效位)部分。这个分裂确保lDE一点一点可以保持在相同的位置在两个标准和扩展帧。

控制领域

在仲裁领域six-bit控制领域。前两位这一领域占主导地位,必须保留。剩下的四位控制字段的数据长度代码(DLC)指定消息中包含的数据的字节数。框架的其余部分(数据字段,CRC,承认,结束帧和间歇)构造以同样的方式作为一个标准的数据。

远程帧

通常情况下,数据传输是一个自治的基础上执行的数据源节点(例如传感器发送数据帧)。这是有可能的,然而,对于请求数据从源目的节点。为此,目标节点发送一个远程帧的标识符相匹配的标识符所需的数据帧。将适当的数据源节点发送数据帧在远程帧请求的响应。有两个远程帧和数据帧之间的区别。

一个¯‚·RTR处于隐性状态,和

一个¯‚·没有数据字段。

在发生数据帧和远程帧相同的标识符是传播同时,数据帧赢得仲裁后由于主导RTR位标识符。通过这种方式,节点传输远程帧接收所需的数据。

错误帧

一个错误帧是由任何节点检测到总线错误。错误帧包含两个字段,

一个¯ƒ˜一个错误标志字段

一个¯ƒ˜错误分隔符字段。有两种类型的错误标志字段。哪种类型的错误标志字段发送取决于节点的错误状态检测和产生错误标志字段。

Error-Active国旗

如果一个error-active节点检测到总线错误然后当前的节点中断传播消息通过生成一个主动错误标志。主动错误标志由连续六个主要部分组成。这一点一点序列积极违反了填料的规则。所有其他电台识别产生的位填充错误,进而产生错误帧本身,称为错误回声旗帜。错误标志字段,因此,由6到12个主要部分(由一个或多个节点)。分隔符字段完成错误帧的错误。完成后的错误帧,总线活动恢复正常和中断节点试图重新发送失败消息。

Error-Passive国旗

如果一个error-passive节点检测到总线错误然后节点传输error-passive国旗后跟分隔符字段的错误。error-passive国旗由六个连续的隐性位,和错误帧error-passive节点包含14个隐性位。,由此可见,除非总线错误检测到的节点传输,传输错误帧的一个error-passive节点不会影响网络上的其他节点。如果传输节点生成一个error-passive国旗这将导致其他节点生成错误帧由于违反所产生的位填充。传输错误帧后,error-passive节点必须等待六个隐性位总线之前加入总线通信。错误分隔符包含八个隐性位和允许总线节点重新启动总线通信干净后发生了一个错误。

过载帧

一个过载帧然而只能产生在一个国际框架空间。这样一个过载帧可以区分从一个错误帧(帧发送错误消息的传输期间)。

过载帧包含两个字段,

一个¯ƒ˜过载国旗——六个主要部分

一个¯ƒ˜过载分隔符——八个隐性位。

一个过载帧可以由一个节点生成的两个条件。

一个¯ƒ˜节点检测到一个占主导地位的一些在国际框架空间这是一个非法的状态。

一个¯ƒ˜内部条件的节点还没有能够开始接待下一条消息。

一个节点可能会产生两个序列的最大过载帧延迟下一条消息的开始。

检测到错误

CRC错误

15位循环冗余校验(CRC)值是calculatedby传输节点,这15位CRC istransmitted的字段值。所有节点networkreceive这消息计算CRC和验证CRC值匹配。如果值不匹配,aCRC发生错误,生成一个错误帧。至少从一个节点没有正确地接收信息,然后适当的intermissiontime后不满。

承认错误

transmittingnode检查如果承认槽包含主导。Thisdominant一点承认至少onenode正确收到了消息。如果这一点isrecessive,那么没有节点收到正确的信息。一个承认

形状误差

如果任何节点检测到一个主要在以下四个领域的信息:框架,国际米兰框架空间,承认分隔符或CRC分隔符,可以协议定义了这是一种违反和生成一个形状误差。原始消息后不满一个合适的间歇时间。

有些错误

出现一点错误如果发射机发送一个占主导地位的,检测到一个隐性的,或如果它发送一个隐性位时,检测到一个占主导地位的一些监测实际公交水平和比较它的一些刚刚发送。如果发现有点错误,一个错误帧生成和原始消息后不满一个合适的间歇时间。

错误的东西

协议可以使用一个不归零制(NRZ)传输方法这意味着一些水平放置在公共汽车上为整个时间。接收没有dessynchronize隐性主导转变。如果有超过五位连续相同的极性,可以自动将东西相反的极性在数据流。

错误状态

发现错误是公开所有其他节点通过错误帧或错误标志。每个节点在三个错误中的一个州,Error-Active, Error-Passive或Bus-Off。

错误活跃

Error-Active当节点的传输错误计数器(TEC)和接收错误计数器(REC)低于128。Error-Active是正常的操作模式,允许节点发送和接收没有限制。

四。结论

在这篇文章中,创新是灵活使用CAN总线结构。连接到CAN总线接口电路与原电路,并使用内置的ADC的PIC单片机中常用常见的控制多台电机同步。实现的软件输入几组数字信号,转换后,输出模拟电压,功率放大的信号后,控制每一个电机到12个摊位细分。CAN总线有许多优点,如数据简化,可靠性高,实时。这些优势使系统更可靠,密切与稳定的软件设计。

数据乍一看

图1 图2 图3 图4 图5 图6 图7 图8 图9