专业方向综合课程设计

专业方向综合课程设计基于CAN总线的直流电机速度组态监控系统设计

专业电气工程自动化

学生姓名

班级B电气101

学号

完成日期

盐城工学院电气学院

内容提要

随着高新技术的不断发展，各种功能强大、性能稳定可靠的新型多功能器件和一些先进的控制理论不断出现，使得控制领域发生了很大的变化。iCAN 教学实验开发平台涉及：CAN-bus 网络通信、iCAN 协议、基本的输入、出功能控制、PC 软件编程等技术内容；该实验开发平台涉及的范围广泛，合不同技术，体现分布式网络控制的优越性。典型的直流电机通过改变输入电压来改变电机在负载条件下的转动角速度。以iCAN 教学实验开发平台为基础，利用组态软件编写一上位机软件，实现以CAN总线为基础的直流电机调速系统设计。利用模块iCAN4400 输出电压变化，改变电机转速；电机的起、停控制由iCAN2404功能模块完成。

本设计是一个以AT89C51单片机为核心，由iCAN模块、电机驱动器模块、光电隔离模块、步进电机等多个模块组成的控制系统。本文通过单片机实现了对步进电机的控制检测，并根据所测的数据及时进行调整。本系统基本实现了设计要求，实现了通过CAN总线接收控制指令并将步进电机运动到指定位置的功能。采用CAN总线通信在可靠性、时实性和灵活性方面具有独特的技术优势。

关键字：单片机；步进电机；CAN总线

目录

1.概述

2.系统总体设计

2.1 信号采集电路

3.CAN总线接口电路

3.1 模拟量输出接线方式

3.2 主要技术指标

3.3 Ican-4400模块上线

4.程序代码及组态界面图

5.课程设计体会

6.参考文献

1概述

CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN 总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性。

CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

本设计是典型的直流电机通过改变输入电压来改变电机在负载条件下的转动角速度。基于CAN总线，通过IPC机进行电机转速信号相应处理与控制。

以工业以太网教学实验开发平台为基础，利用组态软件编写软件，模拟实现以现场总线为基础的直流电机调速系统设计。利用功能模块输出电压变化，改变电机转速；电机的起、停控制由功能模块完成。实现控制直流电机的启停、改变输入电压（0-10V）来改变电机转速，测量直流电机的转速。

2.系统总体设计

整个系统设计原理如下图1所示。系统控制模块由PC和和CAN总线适配卡组成；CAN节点则是由单片机、CAN控制器（iCAN）和CAN收发器组成。

图1 总体组成框图

本设计实现的直流调速控制系统是模拟化的。从图1可以看出，单片机无

需过问触发脉冲的产生,从而节省了单片机的资源。

2.1信号采集电路

系统节点需要采样的信号有转速、电流和电压。电流、电压信号使用接至

晶闸管整流电路交流侧的电量隔离变送器测量；转速通过与被测电机轴连接的

光电脉冲发生器测量，再由转速变送器转化。变送器输出的工业标准信号1~5V，经调理电路变为0～2.5V的模拟电压信号，送至AT89C51的ADC采集子系统部分。

3.CAN总线接口电路

3.1.模拟量输出接线方式

该实验主要利用 iCAN4400 模块输出模拟量信号，其输出信号接PCB 板上的AO3，主要功能：为电机提供不同的驱动电压；利用iCAN2404 模块提供开关作用控制电机起、停，其输出端口分别接（AO3，MOTO+）；PCB 板为内嵌在iCAN 实验平台表面。

在iCAN 实验平台上我们已经将iCAN4400，iCAN2404输出、输入线分别与实验平台上的相应端口连接好。

图3 主程序流程图

主程序流程如图3所示，初始化包括单片机寄存器、LCD、CAN4400的初始化。进入监控程序后，首先进行采样信号滑动平均值滤波计算，将结果送至

PID运算，获得的α角送至缓冲区，然后将电机运行参数显示，并通过CAN总线向上位机发送。

iCAN-4400模拟量输出模块提供电流或者电压输出信号。iCAN-4400模块具有4路模拟量

输出通道，可输出1～5V电压或者4～20mA电流信号。模块在工作时，iCAN主站设备通过I/O

数据通讯，将输出数据传送给单片机后，通过光电隔离送到DA模块输出。输出信号类型可

以通过跳线器选择电压输出或者电流输出。

3.2 主要技术指标

●单电源供电，供电电压：＋10V~+30V DC；

●输出通道数：4路

●输出信号：1～5V、4～20mA

●DA转换分辨率：12位

●输出精度：±1.0%

●电流输出负载能力：小于500Ω

●隔离电压：1000V DC（模块供电、信号输入）

3.3模块接口说明