基于CAN總線的步進電動機控制器設(shè)計
黃崇莉
(陜西理工學(xué)院，陜西漢中723003)
摘要：介紹了一種基于cAN總線技術(shù)步進電動機通用控制器硬件設(shè)計。該控制器用89c52單片機構(gòu)成一個步進電動機控制節(jié)點，用cAN總線實現(xiàn)控制器和上位機的通信。該控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便等特點。
關(guān)鍵詞：cAN總線；步進電動機；通用控制器
0 引 言
局域網(wǎng)cAN(controller Area Network)是國際上應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線之一，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。20世紀80年代末由德國Boseh公司為解決現(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)通信總線，是現(xiàn)場總線技術(shù)中最成熟、最有發(fā)展前途的微處理器局域網(wǎng)絡(luò)。由于它的高能、高可靠性、實時性好以及獨特的設(shè)計，已廣泛應(yīng)用機械制造、紡織機構(gòu)、農(nóng)業(yè)機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械、建筑物管監(jiān)控、火車、船舶和傳感器等領(lǐng)域。目前我國對cAN總線的應(yīng)用研究已得到較大的發(fā)展，被大量用在工農(nóng)業(yè)監(jiān)控、電廠測控、火災(zāi)報警、變電站控制和煤炭綜合控制等方面。
1步進電動機通用控制器設(shè)計
隨著運動控制技術(shù)的不斷進步和完善，通用運動控制器作為一個獨立的工業(yè)自動化控制類產(chǎn)品，已經(jīng)被越來越多的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域接受，并且達到一個引人矚目的市場規(guī)模。步進電動機作為運動控制系統(tǒng)執(zhí)行元件之一，具有體積小、容易實現(xiàn)微機控制、控制結(jié)構(gòu)簡單，在應(yīng)用中有利于裝置或設(shè)備的小型化和低成本，它已經(jīng)被廣泛地用于自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件并得以不斷的發(fā)展，其通用控制器有很大的應(yīng)用場合。目前市場上步進電動機控制器類型較多，但通用性較差，各廠家的控制器與計算機互不兼容，用戶選擇控制器的范圍較小，并且軟件對用戶不開放。
為此我們設(shè)計了步進電動機的通用控制器。其硬件可以獨立于特定的供應(yīng)商，即用戶可以在較大范圍內(nèi)根據(jù)自己的系統(tǒng)選擇控制器控制形式，結(jié)構(gòu)上采用模塊化的拓撲結(jié)構(gòu)和標準化總線接口，即控制系統(tǒng)開發(fā)商和用戶可以根據(jù)自己需要，利用已有模塊或按照標準來定義自有模塊，模塊間通過標準化接口通訊而迅速組建專用控制系統(tǒng)，從而大大提高控制系統(tǒng)的靈活性。步進電動機控制器結(jié)構(gòu)如圖l所示，硬件電路如圖2所示。
該控制器采用AT89c52單片機產(chǎn)生脈沖信號和方向信號，單片機內(nèi)部有一定容量的RAM和ROM，可以滿足一路步進電動機的控制要求。如果在以后實際運用中要控制兩路電機，實行插補運算，就需要擴展外部RAM和ROM。
步進電動機控制模式采用方向／脈沖控制模式。在方向／脈沖控制模式下，控制一路步進電動機需要兩個信號：方向信號和脈沖信號。其中，脈沖信號頻率變化較多，變化較快，對信號的質(zhì)量要求較高，因此，我們選擇了從T0腳直接引出，以求能盡量減少信號中間處理環(huán)節(jié)，減少信號延時，提高信號質(zhì)量。另外，由于方向信號比較穩(wěn)定，響應(yīng)頻率要求也不高，所以可以調(diào)用數(shù)字輸出模塊里的一根數(shù)據(jù)線來作為方向信號線使用。環(huán)形脈沖分配器采用可控的多功能集成脈沖分配器，在其相應(yīng)引腳上加不同的控制電平，即可得到不同的控制功能。隔離驅(qū)動放大電路采用直流固體繼電器，它的核心是由vMOs管和光電隔離兩部分構(gòu)成，VMOs具有極高的輸入電阻，前級驅(qū)動電流小，輸出功率大(電流可達幾十安培)，是一種較理想的計算機接口器件，用于步進電動機驅(qū)動具有電路簡單、可靠、無噪聲干擾等優(yōu)點。
一個控制器可以控制兩路的步進電動機運轉(zhuǎn)，在這里控制器中設(shè)計了一路步進電動機控制電路。兩路步進電動機控制電路相同，其脈沖信號從T1腳，方向信號都從數(shù)字輸出模塊里引出。
2 cAN總線節(jié)點接口電路設(shè)計
為了實現(xiàn)步進電動機與其它控制設(shè)備之間通信，必須把步進電動機控制器的輸入、輸出轉(zhuǎn)換成符合cAN協(xié)議的數(shù)據(jù)標準。為此我們在上述電路的基礎(chǔ)上設(shè)計了節(jié)點接口電路。它主要有AT89c52單片機、cAN總線控制器slJAl000和cAN總線驅(qū)動器Philips 82c250芯片組成。其硬件電路如圖3所示。
在實際應(yīng)用中，環(huán)境對電路的影響很大。為減少這些干擾，在設(shè)計cAN總線的節(jié)點時，通常在電路中使用高速光電耦合器件，如6N137等，使sJAl000的TxO與RX0不直接與82c250的TxD和RxD相連，而 |
