國防科技大學(xué) 機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 王劍波

1 引言

隨著微型電子技術(shù)的發(fā)展以及成本的降低，數(shù)字式控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工程機(jī)械中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，基于CAN總線的控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工程機(jī)械中正在逐漸普及。數(shù)字式自動(dòng)找平控制系統(tǒng)可提高瀝青混凝土攤鋪機(jī)的性能，改善操縱性等，由于具有高可靠性和靈活性。因此對其研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。實(shí)現(xiàn)數(shù)字式控制系統(tǒng)的方案很多，筆者所研制的控制系統(tǒng)是基于CAN總線，以C8051F040單片機(jī)為核心而設(shè)計(jì)的。

2 CAN總線的特點(diǎn)

CAN(Controller Aera Networ)總線是德國BOSCH公司在80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

CAN總線與其他總線相比有如下特點(diǎn)：

1)CAN總線是多主總線結(jié)構(gòu)，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)均可成為主機(jī)，且節(jié)點(diǎn)機(jī)之間也可相互通信。

2)CAN總線通信接口集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)、優(yōu)先級判別等。

3)通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率最高可達(dá)1 Mb／s。

4)CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，取而代之是對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識碼可由11或29位二進(jìn)制數(shù)組成。因此可以定義11或29個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊，這種數(shù)據(jù)塊編碼方式還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收相同的數(shù)據(jù)。

5)數(shù)據(jù)段最大長度為8位，可以滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)8位不會(huì)占用總線時(shí)間過長，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。

6)CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。

CAN總線具有通信速率高、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此。選用CAN總線作為控制器通信方式可以較好地滿足系統(tǒng)要求。

3 攤鋪機(jī)自動(dòng)找平控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)找平控制系統(tǒng)是根據(jù)測量面距基準(zhǔn)面(線)的距離，自動(dòng)調(diào)節(jié)電磁閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)找平。該控制系統(tǒng)是由控制器、橫坡傳感器、縱坡傳感器。顯示器單元及電纜組成。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。縱坡傳感器可選配接觸式、超聲波、超聲波平衡梁、激光等不同形式的傳感器件�？v向控制器、橫向控制器、顯示器和傳感器采用模塊化設(shè)計(jì)以滿足各自不同的控制要求。模塊之間通信采用CAN總線方式。模塊化設(shè)計(jì)有利于系統(tǒng)集中操作以及系統(tǒng)擴(kuò)展。

系統(tǒng)中控制器根據(jù)相應(yīng)的傳感器信號控制電磁閥動(dòng)作；顯示器為可選單元，安裝在操作室內(nèi)，顯示每個(gè)控制器的參數(shù)和信息，還可以通過按鈕控制相應(yīng)的控制器。

3．1 控制器

控制器為自動(dòng)找平系統(tǒng)的核心部分。數(shù)據(jù)處理部分采用C8051F040單片機(jī)。C8051F040是由美國Cygnal公司生產(chǎn)的完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片SoC(System on Chip)，具有與8051指令集完全兼容的CIP-51內(nèi)核。它集成了構(gòu)成單片機(jī)數(shù)據(jù)采樣或控制系統(tǒng)所需的所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其他功能元件。C8051F040包括64 kB Flash、4352 B RAM、CAN控制器2．0、2個(gè)串行接口、5個(gè)16位定時(shí)器、12位A／D轉(zhuǎn)換器、8位A／D轉(zhuǎn)換器、12位D／A轉(zhuǎn)換器以及6個(gè)PCA模塊等．它內(nèi)部還帶有JTAG接口，使調(diào)試非常方便。通訊部分主要采用C8051F040內(nèi)部集成的CAN控制器，并留有其他主流通訊接口�；贑AN總線的設(shè)計(jì)可以隨意擴(kuò)展任何新型傳感器，實(shí)現(xiàn)多種找平控制功能。

3．1．1 顯示功能

LCD顯示：數(shù)字液晶顯示屏采用香港精電公司的DMF-50840點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，其特點(diǎn)如下：分辨率320x240；亮度350流明；分區(qū)顯示系統(tǒng)狀態(tài)。包括左右縱坡顯示區(qū)及橫坡顯示區(qū)；液晶接口使用CPU總線、CPLD、顯存進(jìn)行擴(kuò)展；采用組合顯示，可讀性強(qiáng)。顯示控制器向上、下輸出；顯示坡度值及方向、超高值及方向、靈敏度、控制器參數(shù)和故障信息等。

LED顯示：僅用于指示當(dāng)前閥驅(qū)動(dòng)方向。它指示方向與LCD的箭