電液伺服機(jī)構(gòu)與CAN總線接口設(shè)計(jì)

1前言

　　在新型導(dǎo)彈制導(dǎo)和控制系統(tǒng)中采用總線式的數(shù)據(jù)傳輸方案，是解決現(xiàn)行的導(dǎo)彈飛行控制系統(tǒng)中，通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接連接的電纜網(wǎng)傳輸模擬信號(hào)造成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低、系統(tǒng)的電磁兼容性與抗毀傷能力等諸多弊病的一個(gè)較好的途徑。電液伺服機(jī)構(gòu)是導(dǎo)彈控制系統(tǒng)中重要的組成部分。它的性能往往嚴(yán)重影響到導(dǎo)彈的控制精度，甚至決定飛行的成敗。在總線式導(dǎo)彈控制系統(tǒng)中，導(dǎo)彈電液伺服機(jī)構(gòu)將作為總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)掛接在總線上，因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)將總線與電液伺服機(jī)構(gòu)連接起來(lái)的接口。導(dǎo)彈總線式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　在導(dǎo)彈飛行中，慣性敏感元件獲得導(dǎo)彈的飛行參數(shù)后，送到彈上計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算后形成控制指令，指令被送到導(dǎo)彈的電液伺服機(jī)構(gòu)，通過(guò)導(dǎo)彈電液伺服機(jī)構(gòu)的作動(dòng)筒的動(dòng)作來(lái)控制導(dǎo)彈的飛行彈道。

　　1.1　CAN總線

　　CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。CAN總線是一種多主站局部網(wǎng)絡(luò)，能夠有效支持分布式控制系統(tǒng)或?qū)崟r(shí)控制系統(tǒng)的通信功能;它采用雙線串行通信方式工作。微處理器可通過(guò)CAN控制器掛到CAN總線上，它具有較強(qiáng)的檢錯(cuò)功能以及優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，可在高噪聲環(huán)境中使用，其傳輸速率可高達(dá)1Mb/s。

　　1.2　PC/104

　　PC/104是工業(yè)嵌入式PC的機(jī)械電氣標(biāo)準(zhǔn)。它的制定，為嵌入式應(yīng)用提供了標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)平臺(tái)。PC/104總線與PC/AT總線(ISA)完全兼容。它符合IEEE-P996標(biāo)準(zhǔn)，所有信號(hào)電平與TTL兼容。PC/104模塊一般提供6mA的總線驅(qū)動(dòng)能力，可驅(qū)動(dòng)15個(gè)低功耗的TTL負(fù)載。與普通的工業(yè)控制機(jī)相比，PC/104總線具有如下特點(diǎn)：

　?、?PC/104模塊與PC機(jī)軟、硬件完全兼容，可以利用現(xiàn)有的較豐富和成熟的硬件、軟件開(kāi)發(fā)工具及方法、設(shè)計(jì)知識(shí)等資源，開(kāi)發(fā)周期短，成本低。

　?、?PC/104模塊體積小，功耗低，無(wú)需散熱，可層疊，具有系統(tǒng)級(jí)的性能，芯片級(jí)的大小。

　?、?模塊之間采用獨(dú)特的縱向?qū)盈B或側(cè)向接插的結(jié)合方式，模塊層疊后四角還有支柱和螺釘固定，可靠性高，配置靈活方便，便于故障的排除和修理。

　?、?外圍模塊齊全，用戶可以選擇各種不同的功能模塊，設(shè)計(jì)滿足不同需要的專用系統(tǒng)。

　?、?工作溫度范圍寬，一般在0-70度。

　?、?大多數(shù)模塊采用單+5V電源，降低了系統(tǒng)對(duì)電源的要求。

　　2　接口硬件設(shè)計(jì)

　　根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的要求，本接口的功能主要是：實(shí)現(xiàn)與彈上計(jì)算機(jī)的通信，在控制系統(tǒng)中作為一個(gè)終端接收彈上計(jì)算機(jī)傳來(lái)的指令和數(shù)據(jù)，進(jìn)行控制算法的運(yùn)算及執(zhí)行D/A、A/D轉(zhuǎn)換，并將伺服機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)信息和狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給彈上計(jì)算機(jī)。

　　接口與CAN總線之間的傳輸介質(zhì)采用屏蔽雙絞線，接口硬件采用基于PC/104總線標(biāo)準(zhǔn)的模塊，主要有： D/A和A/D模塊、處理器模塊、外部存儲(chǔ)模塊、雙向驅(qū)動(dòng)及時(shí)序控制模塊、CAN總線通信模塊。如圖2所示。

　　1)D/A模塊

　　在本設(shè)計(jì)中，我們選擇美國(guó)AD公司的AD7547數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它是一種雙12位電流輸出的DACS(數(shù)據(jù)收集與控制系統(tǒng))，具有以下特點(diǎn)：較寬的工作電壓(12-15V);抗電源電壓干擾性能好;緊湊的封裝形式(24腳0.3英寸DIP封裝);低增益誤差。它可以和大多數(shù)的微處理器配合使用，能夠兼容TTL、CMOS電平。通過(guò)獨(dú)立的參考電壓和反饋電阻，還能夠提供四象限的乘法器功能。其內(nèi)部主要包括三個(gè)部分：控制邏輯電路、A路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和B路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。其中邏輯控制電路通過(guò)簡(jiǎn)單的三個(gè)控制信號(hào)：CSA，CSB及WR來(lái)選擇相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，同時(shí)鎖存需要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。A路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的基本控制原理為：通過(guò)CSA與WR控制信號(hào)，將12位的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)一次鎖存入A路轉(zhuǎn)換電路的數(shù)據(jù)寄存器中，A路轉(zhuǎn)換電路開(kāi)始進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的模擬量輸出。B路轉(zhuǎn)換電路的控制原理與A路類(lèi)似。