基于DSP-LF2407A和CAN總線的分布式電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要可分為三層：第一層、PC機(jī)與CAN總線接口層----實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與CAN通訊總線之間的可視化操作控制，以PC-CAN----智能型CAN總線通訊適配卡實(shí)現(xiàn);第二層、CAN總線與DSP控制器LF2407接口層----實(shí)現(xiàn)CAN總線和LF2407-A板的CAN控制器的物理接口和通訊;第三層、LF2407的I/O口與步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)接口----實(shí)現(xiàn)對(duì)LF2407-A板的電氣隔離保護(hù)和步進(jìn)電機(jī)的大電流驅(qū)動(dòng)，完成電機(jī)的實(shí)際動(dòng)作。

　　PC機(jī)作為該系統(tǒng)的上位機(jī)，有效的利用PC機(jī)計(jì)算能力強(qiáng)、容量大、人機(jī)界面良好的優(yōu)點(diǎn)。PC-CAN是具有高性能價(jià)格比的智能CAN總線通訊適配卡，它使PC機(jī)方便的連接到CAN總線上，實(shí)現(xiàn)CAN總線與主機(jī)PC的高速數(shù)據(jù)交換。PC-CAN上自帶光電隔離，保護(hù)PC機(jī)避免由于地環(huán)流的損壞，增強(qiáng)系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性。

　　PCA82C250: 為L(zhǎng)F2407內(nèi)嵌式CAN 控制器與CAN 總線的接口收發(fā)器。8腳，高速，可達(dá)1Mbps傳輸速率。它提供了對(duì)CAN總線的差動(dòng)發(fā)送能力以及對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力。

　　圖5 DSP 2407-A與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口

　　驅(qū)動(dòng)電路接口實(shí)現(xiàn)了DSP芯片與步進(jìn)電機(jī)之間的電氣隔離，保護(hù)了DSP芯片的安全性，又完成了從DSP輸出弱電流(不足10mA)到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所需的大電流(+1.5A)的轉(zhuǎn)換，提供電機(jī)所需驅(qū)動(dòng)電流。其中，TLP521為DSP與步進(jìn)電機(jī)之間的光電隔離耦合器，它起了電平隔離作用，保護(hù)了DSP芯片，又完成了信號(hào)轉(zhuǎn)換。RIF530 為VMOS管，是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流開(kāi)關(guān)。

　　CAN 總線物理層：CAN 的物理鏈接通信介質(zhì)可采用雙絞線、同軸電纜或光纖。采用非破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁方式。在本系統(tǒng)中，以雙絞線作為通信介質(zhì)。

　　軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是完成基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。CAN總線的多機(jī)通訊由軟件編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。在兩塊LF2407-A板上實(shí)現(xiàn)兩節(jié)點(diǎn)通訊：一塊為本地節(jié)點(diǎn)，接受遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀，并發(fā)送數(shù)據(jù)幀;另一塊為遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)，發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求幀以請(qǐng)求遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　主要分為：1、電機(jī)控制系統(tǒng)整體---實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化，并生成電機(jī)控制頻率信號(hào)，以中斷方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制字的修改，延時(shí)子程序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，初始化CAN模塊。2、CAN 發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求-----初始化CAN請(qǐng)求幀，令CAN郵箱3為發(fā)送請(qǐng)求幀郵箱，CAN郵箱0為接收數(shù)據(jù)幀郵箱。郵箱3發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求幀請(qǐng)求電機(jī)控制字?jǐn)?shù)據(jù)，當(dāng)查詢到接收?qǐng)?bào)文標(biāo)志位為1時(shí)(RMP=1)，郵箱0接收數(shù)據(jù)。3、CAN 初始化一個(gè)自動(dòng)回答遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求----初始化CAN自動(dòng)回答遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求，令CAN郵箱3為發(fā)送郵箱。當(dāng)接受到一個(gè)遠(yuǎn)程請(qǐng)求時(shí)，發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。以下以CAN 初始化一個(gè)自動(dòng)回答遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求為例給出軟件程序流程圖，見(jiàn)圖6。

　　圖6 CAN 初始化一個(gè)自動(dòng)回答遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求程序流程圖

　　結(jié)束語(yǔ)

　　本文研究了基于CAN總線的分布式電機(jī)控制系統(tǒng)的組成和實(shí)現(xiàn)。將DSP的高速處理能力與CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的高可靠性和高穩(wěn)定性結(jié)合起來(lái)，對(duì)于構(gòu)建新型實(shí)時(shí)快速響應(yīng)分布式工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)較好的解決方案。尤其針對(duì)本款工控芯片LF2407A的內(nèi)嵌模塊：脈沖寬度編碼PWM,比較單元CMP，捕獲單元CAP，積分編碼脈沖QEP單元等提供了直流交流電機(jī)的直接控制應(yīng)用,免去以往在單片機(jī)控制系統(tǒng)中所需作的大量繁瑣的算法編程,有效的加快工控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用.