Word版可编辑-基于CAN总线多功能养护车电子控制系统的设计精心整理.doc

基于CAN总线多功能养护车电子控制系统的设计 摘要：提出了基于CAN总线多功能养护车电子控制系统的设计研究。控制器和执行机构之间采用CAN总线连接，构成分布式网络，简化系统结构。根据控制要求，确定了系统硬件结构和软件结构，完成了软件的编制，实现了系统控制要求。该系统操作简单、可靠性强，并且具有良好的扩展性，提高了作业效率和作业安全性，对多功能养护车向智能化方向发展具有一定的意义。 关键词：CAN总线 多功能养护车 电控系统 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）12-0000-00 对于传统的电子控制系统来讲，其控制器和执行机构之间一般采用一对一、点对点的连接模式，系统的可靠性不高、扩展性差并且占用了大量空间3。目前国内对于CAN总线在多功能养护车电子控制系统方面研究较少，针对以上现象本文提出了基于CAN总线的多功能养护车电子控制系统，将所要控制的功能分到CAN总线连接的各个控制节点上，这些节点采用并行工作的模式，互不影响，提高了系统可靠度。 1 CAN总线介绍 Controller Area Network即can总线是ISO国际标准化的串行通信局域网络，其具有较高的灵活性、可靠性和实时性，广泛应用于汽车、船舶等行业2。 CAN总线的特点：（1）多主控制，当总线空闲时，连接到总线上的所有单元都可以发送信息，不分主从；（2）非破坏性仲裁技术，即当两个节点同一时刻向网络上传送数据时，优先级低的节点将会主动停止发送数据，但是优先级高的节点可以不受到影响继续进行数据传输，这样就有效的解决了总线冲突的问题；（3）短帧结构，每帧有8个有效的字节数，传输数据的时间短，受干扰的概率低，每一帧数据都有CRC校验以及其他检错的措施，因此就保证了传输数据的可靠；（4）节点自动退出功能，当节点错误严重时，可以自动退出总线，这样就切断了其与总线的联系，使得总线上其他操作不受此节点的影响；（5）不仅可以实现点对点传送和接收数据，而且可以实现一对多传送和接收数据，数据传输距离较远，可以达10Km；（6）发送的信息遭到破坏后，可自动重发信息。 2 系统结构 多功能养护车控制系统采用了2个EPEC控制器，分别作为主控制器以及作业模块控制器，主控制器主要是用来读取驾驶室的操作信息，信息包括了操作手柄和开关等，然后按照预先设定的算法来处理数据并通过总线将控制信号传送给作业模块控制器，同时主车控制器还要接收作业模块控制器的信息，比如判断执行机构的动作是否到达指定位置、系统的数据是否正常等，并且向其下达相应的操作指令1。作业模块控制器除了直接驱动执行机构以外，还要读取传感器的信息，将这些信息通过CAN总线传送给主控制器。 多功能养护车的电子控制系统需要完成的控制任务为：（1）推雪机装置控制；（2）折臂吊装置控制；（3）撒盐机装置控制；（4）照明系统控制；（5）辅助液压系统控制；（6）车辆各系统和监测功能的控制。 3控制系统硬件设计 该控制系统采用了两个EPEC控制器，并且通过CAN总线通讯相组合的控制方式实现了对多功能养护车各个作业模块、辅助装置和系统监测的控制要求。选择芬兰EPEC公司生产的工程机械专用控制器，EPEC控制器经过了防护等级的严格测试，能够适应工程机械恶劣多变的工作环境。1EPEC控制器的内部装有高性能微处理器，适用于对工程机械自动控制，并且集A/D模块、可编程控制器、比例放大器等于一体。双CAN接口，52路I/O，16位处理器，可驱动4片电液比例阀，128KB编程空间，可承受100G冲击和震动。 4控制系统软件设计 在CAN总线的模型上，结合CAN Open协议，根据软件分层的思想，将各种基本通信功能设计为接口函数，以便系统在应用时可以直接调用。控制系统软件结构模型主要包含I/O初始化模块、CANOpen初始化模块、传感器标定模块、数据采集模块、数据处理函数模块、数据接收和发送函数模块、错误处理函数模块等。 如图1为通讯程序流程图，通讯程序主要包含了I/O初始化、CAN Open初始化，总线数据接收，控制程序段，总线数据发送以及节点的定义。 图1 通讯程序流程图 控制程序采用CoDeSys软件平台进行设计。CoDeSys是德国Smart software solution GmbH公司研发的一种具有强大功能的PLC软件编程工具，支持IEC61131-3标准的IL 、ST、 FBD 、LD、 CFC、 SFC 六种PLC编程语言，并且用户可以在同一项目中选择不同的语言编辑子程序，功能模块等。以除雪装置为例，推雪铲主要有铲体、防撞机构、偏转机构、提升机构、铲刀组成，其各部分的动通过电液系统控制液压油缸的伸缩来完成各部分的动作。在作业的过程中，传感器检测工作装置的角度传入控制器判断推雪铲行进角是否达到设定位置，产生的误差转化为PWM信号再来调节铲刀位置，使误差趋于零，形成闭环控制系统。 5结语 本文在CAN总线的基础上设计了多功能养护车控制系统，该系统可以自动识别各作业模块，实现了在驾驶室操作控制手柄时针对不同的作业装置实现不同的动作。该系统具有抗干扰性强、线路简化、传输速率高、系统可任意扩展等优点。 参考文献 1郭勇，刘昌盛.基于