基于CAN總線的聯(lián)合收割機智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：本文介紹了一種以P87C2591單片機為主控器，以谷物流量傳感器、谷物濕度傳感器、割臺高度傳感器、地速傳感器、升運器轉(zhuǎn)速傳感器、DGPS接收機、變量作業(yè)控制和智能控制終端為主要外圍元件的聯(lián)合收割機智能控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有顯示直觀、準(zhǔn)確，使用方便、可靠等優(yōu)點，代表了聯(lián)合收割機智能控制系統(tǒng)的最新發(fā)展趨勢。在系統(tǒng)設(shè)計過程中充分考慮了性價比，選用價格低、性能穩(wěn)定的元器件。通過運行調(diào)試，試驗結(jié)果與設(shè)計要求基本一致。
關(guān)鍵詞：CAN總線；聯(lián)合收割機；智能控制

1 系統(tǒng)組成及工作原理
整個系統(tǒng)可以分成兩個獨立的部分：產(chǎn)量監(jiān)測子系統(tǒng)和變量作業(yè)控制子系統(tǒng)。它們分別用來實現(xiàn)產(chǎn)量監(jiān)測和變量作業(yè)控制的功能。系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)中所有節(jié)點都是“即插即用”的，當(dāng)其與總線連接或者斷開時都可被控制終端檢測到。當(dāng)需要實現(xiàn)產(chǎn)量監(jiān)測的時候，可以把變量作業(yè)控制ECU斷開，只要在總線上連接實現(xiàn)測產(chǎn)的各傳感器ECU、DPGS以及智能控制終端即可；當(dāng)需要實現(xiàn)變量作業(yè)控制的功能時，可以斷開系統(tǒng)中不需要用到的傳感器ECU，連接上變量作業(yè)控制ECU以及地速傳感器ECU即可。在兩個子系統(tǒng)中，智能控制終端都必須連接在總線上，它監(jiān)視著各節(jié)點的狀態(tài)并且監(jiān)控系統(tǒng)的運行，USBCAN-II是系統(tǒng)的一個附加節(jié)點，它是周立功發(fā)展有限公司生產(chǎn)的一種CAN-bus智能轉(zhuǎn)換卡，通過USB電纜與PC連接，就可以在PC機上實時觀察CAN總線上的所有報文，并進(jìn)行CAN-bus網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析和處理，有利于系統(tǒng)的調(diào)試和實驗分析。

2 硬件構(gòu)成
本系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個模塊：集成有CAN控制器的增強型P87C591單片機主控模塊、電源模塊、傳感器模塊、人機交互接口模塊、U盤文件讀寫模塊等。其中P87C591微處理器負(fù)責(zé)接收和處理總線上各傳感器采集到的數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)，還負(fù)責(zé)發(fā)送控制命令等數(shù)據(jù)給總線上的其他節(jié)點；傳感器完成信號的采樣功能，微處理器通過U盤文件讀寫模塊與U盤相連，用于存儲產(chǎn)量和其他傳感器，并且讀取存儲在U盤內(nèi)的作物管理、變量作業(yè)處方圖文件；通過RS232通用串行接口，微處理器和液晶顯示器及觸摸屏相連，實現(xiàn)人機交互的功能。
2．1 主控模塊選型
系統(tǒng)采用Philips半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的集成有CAN控制器的增強型P87C591，它是一個8位高性能微處理器，44引腳，除了具有51系列微處理器的通用功能和片內(nèi)CAN控制器外，還集成有6路模擬輸入的10位ADC，并可選擇快速8位ADC，2個8位分辨率的脈寬調(diào)制輸出(PWM)，帶字節(jié)方式主、從功能的I2C總線串行I／O口，以及片內(nèi)看門狗定時器T3。此外，它還具有4個中斷優(yōu)先級，15個中斷源。P87C59l微處理器采用了強大的80C5l指令集，并包括Philips半導(dǎo)體SJAl000獨立CAN控制器的PeliCAN功能。
2．2 電源模塊設(shè)計
電源模塊提供系統(tǒng)正常運行所必需的電源，其電路如圖2所示。采用了12V轉(zhuǎn)5V的DC-DC模塊，輸入端電源來自聯(lián)合收割機的車載蓄電池，通過CAN總線電纜的電源線和地線接入控制終端，并能提供2A的負(fù)載電流。