基于CAN總線的步進電動機控制器設計

    黃崇莉

    (陜西理工學院，陜西漢中723003)

    摘要：介紹了一種基于cAN總線技術步進電動機通用控制器硬件設計。該控制器用89c52單片機構成一個步進電動機控制節點，用cAN總線實現控制器和上位機的通信。該控制器具有結構簡單、控制方便等特點。

    關鍵詞：cAN總線；步進電動機；通用控制器

    0 引  言

    局域網cAN(controller Area Network)是國際上應用最為廣泛的現場總線之一，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。20世紀80年代末由德國Boseh公司為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信總線，是現場總線技術中最成熟、最有發展前途的微處理器局域網絡。由于它的高能、高可靠性、實時性好以及獨特的設計，已廣泛應用機械制造、紡織機構、農業機械、機器人、數控機床、醫療器械、建筑物管監控、火車、船舶和傳感器等領域。目前我國對cAN總線的應用研究已得到較大的發展，被大量用在工農業監控、電廠測控、火災報警、變電站控制和煤炭綜合控制等方面。

  1步進電動機通用控制器設計

    隨著運動控制技術的不斷進步和完善，通用運動控制器作為一個獨立的工業自動化控制類產品，已經被越來越多的產業領域接受，并且達到一個引人矚目的市場規模。步進電動機作為運動控制系統執行元件之一，具有體積小、容易實現微機控制、控制結構簡單，在應用中有利于裝置或設備的小型化和低成本，它已經被廣泛地用于自動控制系統中作為執行元件并得以不斷的發展，其通用控制器有很大的應用場合。目前市場上步進電動機控制器類型較多，但通用性較差，各廠家的控制器與計算機互不兼容，用戶選擇控制器的范圍較小，并且軟件對用戶不開放。

    為此我們設計了步進電動機的通用控制器。其硬件可以獨立于特定的供應商，即用戶可以在較大范圍內根據自己的系統選擇控制器控制形式，結構上采用模塊化的拓撲結構和標準化總線接口，即控制系統開發商和用戶可以根據自己需要，利用已有模塊或按照標準來定義自有模塊，模塊間通過標準化接口通訊而迅速組建專用控制系統，從而大大提高控制系統的靈活性。步進電動機控制器結構如圖l所示，硬件電路如圖2所示。

  該控制器采用AT89c52單片機產生脈沖信號和方向信號，單片機內部有一定容量的RAM和ROM，可以滿足一路步進電動機的控制要求。如果在以后實際運用中要控制兩路電機，實行插補運算，就需要擴展外部RAM和ROM。

步進電動機控制模式采用方向／脈沖控制模式。在方向／脈沖控制模式下，控制一路步進電動機需要兩個信號：方向信號和脈沖信號。其中，脈沖信號頻率變化較多，變化較快，對信號的質量要求較高，因此，我們選擇了從T0腳直接引出，以求能盡量減少信號中間處理環節，減少信號延時，提高信號質量。另外，由于方向信號比較穩定，響應頻率要求也不高，所以可以調用數字輸出模塊里的一根數據線來作為方向信號線使用。環形脈沖分配器采用可控的多功能集成脈沖分配器，在其相應引腳上加不同的控制電平，即可得到不同的控制功能。隔離驅動放大電路采用直流固體繼電器，它的核心是由vMOs管和光電隔離兩部分構成，VMOs具有極高的輸入電阻，前級驅動電流小，輸出功率大(電流可達幾十安培)，是一種較理想的計算機接口器件，用于步進電動機驅動具有電路簡單、可靠、無噪聲干擾等優點。

    一個控制器可以控制兩路的步進電動機運轉，在這里控制器中設計了一路步進電動機控制電路。兩路步進電動機控制電路相同，其脈沖信號從T1腳，方向信號都從數字輸出模塊里引出。

2 cAN總線節點接口電路設計

    為了實現步進電動機與其它控制設備之間通信，必須把步進電動機控制器的輸入、輸出轉換成符合cAN協議的數據標準。為此我們在上述電路的基礎上設計了節點接口電路。它主要有AT89c52單片機、cAN總線控制器slJAl000和cAN總線驅動器Philips 82c250芯片組成。其硬件電路如圖3所示。

    在實際應用中，環境對電路的影響很大。為減少這些干擾，在設計cAN總線的節點時，通常在電路中使用高速光電耦合器件，如6N137等，使sJAl000的TxO與RX0不直接與82c250的TxD和RxD相連，而