CAN总线实现阀门遥控系统的设计

CAN总线实现阀门遥控系统的设计
王鸿鹏胡姣娥张志旺
（（中国船舶工业集团公司第十一研究所，上海200032）
摘要：本文以CAN为纽带，以单片机为核心，介绍了一种阀门遥控系统的实现方法。

该方法结构简单、功能齐全。

关键词：号灯控制系统CAN总线
1、概述
阀门遥控系统利用油压、气压作为动力对阀门进行远距离集中控制，通过操纵控制面板上的旋钮来控制阀的启闭，同时控制面板上的指示灯也能指示出各个阀的运行情况。

该设计可用于海洋平台、或船舶的阀门遥控，该设计主要讨论控制系统的设计并不考虑具体采用何种执行元件（气动或液压）。

该设计是通过CAN bus这种现场总线和微控制器（又称单片机）来实现阀门遥控系统的。

考虑到海洋平台、船舶工作环境比较恶劣，在软硬件设计中增加了许多抗干扰的措施。

本系统可以在两个不同的位置实现阀门系统的遥控。

2、系统构成、原理及功能
整个系统由两部分构成，一部分为遥控部分，另一部分为执行部分，其中遥控部分又可分为两个单元，这两单元分别代表两个不同场所的遥控，其功能完全相同，具体由何处控制则由两个单元摇控板上的“控制联络旋钮”进行协调，但在系统中均属于遥控部分。

整个系统通过CAN总线联结起来。

之所以选中选择CAN总线是因为它具有多主机方式、传输距离远（最远可达10Km）、传输速度快（最快可达1Mbps）、抗干扰能力强、组网方便、应用成熟等优点。

每一路阀门均由遥控控制面板的旋钮来控制，并由驱动板上的熔断器进行保护。

整个系统的构成及相互联系见下图：
在用CAN总线组成系统时需要注意的是需要在总线的两端增设终端电阻。

CAN总线的终端匹配电阻器起相当重要的作用，终端电阻可以防止在阻抗不连续的情况下出现反射现象，而使信号扭曲，不合适的电阻器会使数据通信的抗干扰性及可靠性大大降低甚至无法通信，理想的阻值范围为108Ω－132Ω，该设计可使用120Ω的电阻。

用户可以通过操纵遥控面板上的旋钮来发出控制命令，当遥控单元检测到有打开阀门要求时，该遥控单元首先将阀门对应的控制面板上的指示灯点亮以指示对那一路阀门进行了操作，然后再将该控制要求通过CAN总线发至执行单元。

执行单元首先将控制阀门的回路接通，同时检测控制是否成功，若不成功（线路故障、或执行元件出故障），则将该监测信号通过CAN总线反馈给摇控单元。

摇制单元再将操纵面板的指示灯常亮信号变成指示灯闪烁信号，并同时驱动蜂鸣器发出声响，发出报警。

消警后蜂鸣器停止声响，但对应的指示灯仍保持闪烁，用来指示此次点灯并未成功。

此外该各摇控单元还包括电源指示和电源失电报警功能等。

2.1摇控部分
摇控单元也是以单片机(P80C592)为核心来构成的微控制器最小应用系统，然后再加输入单元、输出单元、CAN收发驱动器等组成的，各个组成单元的彼此联系请参考下图：
2.1.1单片机最小系统
单片机最小系统由单片机（P80C592）、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、晶振电路、看门狗电路（此电路不是必须的）组成。

之所以选择PHILIPS
公司的P80C592单片机主要是考虑到该单片机已经集成了CAN2.0控制器，此外
该控制还有多个并行口还有两个16位的定时器。

构成单片机应用系统时，上述
单元都是必不可少的，它们之间的连线也是比较典型的：具体组成系统时，利用
单片机P0口和P2口辅以锁存器（74HC373）构成16位地址总线。

然后利用P0
口充当数据总线。

其详细连线图在各种相关书籍中均可找到。

此外在电路的设计
时还增加了看门狗这一电路，可用看门狗电路监视程序运行，若程序受到干扰跑
飞，则看门狗可产生复位信号，使单片机重新返回程序正常运行。

2.1.2输入单元
用户对阀门的操作都是通过摇控单元的输入单元接入该控制系统的。

操纵遥
控面板上的旋钮的操作、电源系统的供电情
单元的硬件接口及软件应可靠、快速地实现
控制信息的采集与控制功能。

采集到正确的
控制信号是发出控制命令的前提，在进行控
制命令采集时，实际上是通过监测触点的闭
合与断开来判断有无控制要求的。

触点的机
械闭合或断开经常会有抖动的影响。

通常去
除抖动影响的措施有硬、软件两种。

这里的
做法是通过在每一路采集线与地之间加耦合
电容来实现硬件消抖。

采用软件去除抖动影
响的方法是在检测到有选钮操作时，执行一
个12ms的延时程序，然后再确认该次操作电
平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状
态电平则确认为是真的选钮控制操作而不认
为是干扰，从而消除了抖动影响。

软件消抖流程见右图：
2.1.2输出单元
该输出单元主要用来指示操作结果的状况：操纵阀门是否成功、电源供电是
否正常等。

操纵控制面板上的指示灯都是通过这里来控制的。

图中表示出了点一
路指示灯的电路，其中虚线框中的灯表示控制面板上的指示灯。

在多路输出中有
一路是用来控制蜂鸣器的，若点灯不成功，或某路电源突然失电，通过程序都可以接通蜂鸣器，使其发出声音报警。

2.1.3 CAN收发驱动器
该控制器单片机最小系统中所选择的单片机（P80C592）已集成了CAN2.0控制器，所以只要外接收发驱动器就可以通过CAN总线与执行单元进行通信了。

所有控制信号及控制成功与否的反馈信号都是从这个通信口发送和接收的。

设计中使用的CAN收发驱动器是PHILIPS的PCA82C251总线收发器。

2.2执行部分
执行部分也以单片机最小系统为核心，然后再加输出单元、输入单元、CAN 收发驱动器组成的。

其中的输入单元由检测单元、隔离单元、输入单片机接口电路组成。

为了清楚的表示出具体的控制原理，在图中还表示出了一路阀门的具体控制电路。

其原理框图如下：
2.2.1输出单元
该输出单元由单片机最小系统的口线去控制电子继电器，然后再通过继电器的触点来接通或切断负载执行器的电源，具体何时去接通或何时去切断都是根据
从CAN总线接收的命令数据来执行的。

为了保护驱动电路，还在DC24V电路中串接了自恢复熔丝来保护负载和驱动电路板。

2.2.2输入单元
对与控制系统来讲，通常都需要有反馈信号，工作时可通过判断反馈信号来判断控制是否成功。

该输入单元主要用来检测控制的反馈信号。

该单元由检测单元、隔离单元、输入接口三部分组成。

运行时，若控制成功则将逻辑“1”通过单片机口线接入系统，反之则将逻辑“0”通过单片机口线接入系统，然后再将该反馈信号通过CAN总线回馈到控制器中。

图中隔离单元可由光耦（P521）来实现的。

输入接口电路可由总线隔离器（74H245）配以滤波电容组成。

整个输入单元的软、硬件滤波的原理同控制器输入部分的滤波原理相同。

此外，还需说明的是前文提到的控制回路中所检测的反馈信号并不能完全的反馈出被控阀门的状态，若控制回路完好，但驱动管路出了故障，在遥控终端并不能正确指示，所以在工程实际操作中，最好取来自管路中的反馈信号以反应控制是否成功。

2.2.3 CAN收发驱动器
该单元的功能与控制器中相应单元的功能完全相同。

3、电源系统
本阀门遥控系统统一采用DC24V配电，但在具体工程实践时，建议将控制器电源（包括遥控部分工作电源、执行控制器的工作电源）统一供电，但驱动回路中的DC24V另行供应。

当然两路都要求有好品质的电源进行供电。

4、结束语
本系统结构简单而紧凑，功能齐全又具有扩展性，本系统除了可满足一般的使用需求，又可以根据用户要求来增加一些特殊的功能。

参考文献
[1]邬宽明。

CAN总线原理和应用系统设计北京航空航天大学出版社[M]，2002
[2]何立民。

MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术
北京航空航天大学出版社[M]，1990
[3]阳宪惠。

现场总线技术及其应用清华大学出版社，2003
[4]中国船级社。

钢质海船入级与建造规范[S]，人民交通出版社2001
DESIGN OF REMOTE CONTROL SYSTEM FOR V ALVES
WITH MICROCONTROLLER AND CAN BUS
WangHongpeng ZhangZhiwang HuJiaoe
Abstract：The text introduce a kind of realization of remote control system for valves . The part of the system is connected bu CAN bus,and microcontroller acts as the hard core.The structure of the system is simple ,but the function is excellent.
Key words:Remote control system for valves CAN bus
收稿日期2006-11-24
作者简介：王鸿鹏（1981-），男，助理工程师，从事自动化研究。