基于CAN总线的直流(DC)电机调速系统设计

测控系统综合设计测控系统综合设计 题目题目 基于基于 CAN 总线的直流总线的直流 DC 电机调速系统设计电机调速系统设计 专业专业自动化 计算机测控 自动化 计算机测控 学生姓名学生姓名顾晓华顾晓华 班级班级 B 自动化自动化 074 学号学号0710603409 完成日期完成日期11 01 10 盐城工学院电气学院盐城工学院电气学院 内容提要内容提要 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 输出功能控制 PC 软件编程等 技术内容 该实验开发平台涉及的范围广泛 融合不同技术 体现分布式网络控制的优 越性 典型的DC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 DC 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 目录目录 目 录 1 系统硬件设计 1 1 1 信号采集电路 1 2 CAN 接口电路 4 2 1 模拟量输出接线方式 4 2 2 系统连线正面俯视图 6 3 模块上线 12 3 1 iCAN4400 模块上线 12 3 2 iCAN4400 模块上线 12 3 3 iCAN7408 模块上线 15 3 3 1 iCAN7408 模块使能 12 3 3 2 iCAN7408 模块计数 12 4 系统原理图 15 5 系统软件设计 20 6 组态界面 20 实训体会 24 参考文献 25 1 1 系统硬件设计系统硬件设计 系统组成如图 1 所示 系统的控制台由 PC 机和 CAN 总线适配卡等组成 CAN 节点 主要由单片机 CAN 控制器和 CAN 收发器组成 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 1 11 1信号采集电路信号采集电路 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 2 2 CANCAN接口电路接口电路 2 2 1 1 模拟量输出接线方式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 表1 iCAN4400信号连接线标记号定义 Ican4400 模块输入 通道 AOUT 连接线标记号连接线颜色PCB 板插孔 OUT0U黄色AQ3 AGND一黑色GND 表2 iCAN2404信号连接线标记号定义 Ican2404 模块输出 通道 连接线标记号连接线颜色PCB 板插孔 DO0A1X红色Motor DO0A2Y红色AQ3 表1 iCAN7408信号连接线标记号定义 Ican7408 模块输入 通道 连接线标记号连接线颜色PCB 板插孔 COUNTER1W红色PULSE OUT 2 2 系统连线正面俯视图系统连线正面俯视图 如图 6 2 所示为iCAN4400 输出电压控制电机转速 iCAN2404 模块控制电机起 停 iCAN7408 测试转速连接示意图 3 模块上线模块上线 3 1 iCAN4400 模块上线模块上线 其中通道0 为模拟量输出值 改变其中的数值 即改变输出电压值 表4 Ican4400输出状态 iCAN4400 输出信号 OUT数字表头变化ICANTEST 通道 1 值变化 COUNTER11 一 5V0000 一 0FFF 如表4 所示 用户可以尝试改变通道值 通过iCANTest 软件改变输出通道0 的电压值 输出电 压值与通道输出值的对应关系在iCAN 数据手册有详细说明 3 2 2 iCAN2404 模块上线模块上线 其中通道0 为数字量输出 如表 5 ICAN2404输出状态 DO0A1 DO0A2 状态模块输出值ICANTEST 通道 0 颜色 闭合1红色 断开0绿色 3 3 iCAN7408 模块上线模块上线 当控制iCAN4400 和iCAN2404 模块时 发现iCAN7408 模块上线其计值并没有变化时 您是否已经确认计算器模块是否已经使能 3 3 1 iCAN7408 模块使能模块使能 图 6 6 iCAN7408 模块计数软件使能 3 3 2 iCAN7408 模块计数模块计数 图 6 7 iCAN7408 计数值 4 4 系统原理图系统原理图 本系统的上位机采用一台PC机 给机内插上CAN总线适配卡 配以相应软件作为系统 的控制台 控制台以CAN通信协议向各个CAN节点发送控制数据 并接收各个CAN节点发 回的检测数据 实现设备的监控 如图 6 2 所示为iCAN4400 输出电压控制电机转速 iCAN2404 模块控制电机起 停 5 5 系统软件设计系统软件设计 单片机程序包括初始化 数字滤波 PID 运算 LCD 显示 CAN 发送等子程序 定时 器中断包括系统 1ms 定时中断 转速测量中断 外中断 CAN 接收中断 主程序流程如图 5 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 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 CAN 控制器 ICAN4400 通过单片机外部中断 0 获得单片机的实时访问 ICAN4400 的 数据溢出中断 错误中断 接收中断都将引发单片机的外部中断 在单片机的外部中断 子程序中首先读出 ICAN4400 的中断寄存器 IR 以判断是哪种中断 进而执行相应的程序 流程图如图 6 定时器 T2 设定 1ms 作为系统定时 键盘以定时查询方式进行扫描 每个系统定时 周期扫描一次键盘 如 20 次扫描结果相同则保存键值 有效地防止了键盘抖动 键盘 释义程序完成查询电机参数 修改 PID 参数等工作 每两个系统定时周期启动 AD 转换 采样周期 2ms 在 AD 转换完成中断子程序过程中进行采样数据保存 供数字滤波程序使 用 转速脉冲测量将系统定时器 T2 和计数器 T0 结合使用 并在定时时间满后计算转速 定时器 T1 用作串口波特率发生器 首先设计了移相触发 IP 核 通过分析三相全控整流 电路得知 每个周期内 出现 6 次换流 同步点距第一组双脉冲发出点为 电角度 后 5 次换流间隔 60 双窄脉冲宽度 15 设计两个计数器 计数器 1 计数 角 计 数器 2 比较产生脉冲 如图 7 所示 计数器 1 在同步点获得 角后开始计数 计满 角启动第一组双脉冲 一个周期 中计数器 1 工作完成 同时计数器 2 开始脉冲计数 计 15 后关闭脉冲 计 60 后启 动下一组双脉冲 计 75 后关闭脉冲 依次循环 计数器 2 计数 6 次结束本周期 计数 器 1 计数完毕下一个同步点启动单片机中断 从数据总线上获得 角 开始下一个周 期的脉冲产生 如果时钟频率为 1 s 则 15 30 60 150 对应的计数值为 833 1 667 3 333 8 333 使用原理图输入其他逻辑门元件 最后进行管脚分配 编 译 下载 运行 6 6 组态界面图组态界面图 实训体会实训体会 整个课程设计持续了一周时间 设计通过了软件和硬件上的调试 我想这对于自己 以后的学习和工作都会有很大的帮助 在这次设计中遇到了很多实际性的问题 在实际设计中才发现 书本上理论性的东 西与在实际运用中的还是有一定的出入的 所以有些问题不但要深入地理解 而且要不 断地更正以前的错误思维 一切问题必须要靠自己一点一滴的解决 而在解决的过程当 中你会发现自己在飞速的提升 对于教材管理系统 其程序是比较简单的 主要是解决 程序设计中的问题 而程序设计是一个很灵活的东西 它反映了你解决问题的逻辑思维 和创新能力 它才是一个设计的灵魂所在 因此在整个设计过程中大部分时间是用在程 序上面的 很多子程序是可以借鉴书本上的 但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所 在 这需要对系统的结构很熟悉 因此可以说系统的设计是软件和硬件的结合 二者是 密不可分的 通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处 虽然感觉理论上已经掌握 但 在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑 经过一番努力才得以解决 这也激发了我 今后努力学习的兴趣 我想这将对我以后的学习产生积极的影响 其次 这次课程设计 让我充分认识到团队合作的重要性 只有分工协作才能保证整个项目的有条不絮 另外 在课程设计的过程中 当我们碰到不明白的问题时 指导老师总是耐心的讲解 给我们 的设计以极大的帮助 使我们获益匪浅 因此非常感谢老师的教导 通过这次设计 我 懂得了学习的重要性 了解到理论知识与实践相结合的重要意义 学会了坚持 耐心和 努力 这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样 我觉得作为一名自动化专业的 学生 这次课程设计是很有意义的 更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际 中 虽然自己对于这门课懂的并不多 很多基础的东西都还没有很好的掌握 觉得很难 也没有很有效的办法通过