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500?

●隔离电压：1000V DC（模块供电、信号输入）

3.3模块接口说明

Ican-4400模块接口示意图

模块内部各接线端子、拨码开关、跳线器以及指示灯功能说明如下：

●SW1：模块CAN波特率以及MAC ID设置开关

●RL1：电源指示灯

●SL2：网络通讯指示灯

●JP1：＋10V~+30V DC电源、iCAN通讯接口

●JP2：模拟量输出信号接线端子

●JP400～JP403：0～3通道的输出电压或者输出电流选择跳线器

3.3 Ican-4400模块上线

点击“上线”按钮，将会看到模块的指示灯在闪烁。通过数字表头或者电压表观察模块的输出值。应该是1V+_1%。

4.程序代码及组态界面图

程序代码：

if(\\本站点\电机开关==1)

{

\\本站点\电机转速=\\本站点\输入电压值*500/2 ;

}

else

{

if(\\本站点\电机转速!=0)

{

\\本站点\电机转速=\\本站点\电机转速-500;

}

}

组态软件仿真结果：

5.课程设计体会

整个课程设计持续了两周时间，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自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。

6.参考文献

[1] 于洋.《测控系统网络化技术及应用》，机械工业出版社

[2]李江全.《计算机测控系统设计与编程实现》，电子工业出版社

[3]周立功主编.《工业以太网系统教程》

[4] 周立功主编.《iCAN教学实验开发平台实验指导》