基于CAN总线的单球天象仪控制系统的设计

　　1引言

　　天象仪是一种集光、机、电技术与一体的高精密仪器，它利用光学镜头将光学星片还原成星空放映到半球形天幕上，进而演示出各种天文现象。天象仪不但广泛应用于空间科研、航海导航、大地测量、地质勘探领域，还大量地应用于科技馆、学校等教育机构，对天文知识的普及起到了巨大的作用。

　　目前，现代天象仪主要由双球哑铃式和单球式两种结构，其内部主要由透镜、光源、齿轮、电动机等部分组成。只有对各机构进行精确地综合控制才能准确地再现各种天文景观，由于传统的控制多采用人工方式，不但操作误差大、效率低，而且由于对操作者有相当专业技术要求，也限了天象仪的推广使用。因此，本文提出了一种基于 CAN 总线技术，应用组态软件技术的控制方法，将有效的提高操作者的控制精度和效率，更好地发挥天象仪的作用，同时更有利于天象仪的推广应用。

　　2系统硬件设计

　　2.1 总体设计

　　单球天象仪控制系统可分为：上位机，下位机，执行部件。上位机选用工业控制计算机，负责运行主控程序，并完成所有操作的运算，和反馈信息和处理。下位机选择多台 Atmel 单片机，负责解析上位机传送过来的数据，控制执行部件并收集译码器或传感器的信息，并将数据传回上位机。执行部件由直流伺服电机、灯光、投影仪、幻灯机等，每个电机连接一个单片机，灯光控制分配到几个单片机中，幻灯机等其他设备根据与不同灯光的联系分别与单片机相连接。下位机数量可扩充。如图1所示。

　　2.2 上位机与下位机通信

　　采用CAN 总线方式通信方式的优点是使网络内的节点数量在理论上不受限制，以标准数据帧为例，标识符为 11 位，可以有2032 个优先级(保留 16 个)，这样理论上 CAN 总线可有 2032个节点，但由于总线负载能力等因素限制，CAN 总线规范规定节点数最多为 110 个。CAN 传输信号采用短帧结构，数据段长度最多为8 个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8 个字节不会占用总线时间太长，在 1 Mbps 的通信速率时，最长的等待时间为 0. 15 ms，完全可以满足天象仪控制的实时性要求，从而保证了通信的实时性。CAN 协议采用 CRC 检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。总之，CAN 总线的数据传输具有突出的可靠性、实时性和灵活性与其他总线相比具有很高的性价比。

　　2.3 电机控制系统

　　2.3.1 CAN 总线接口电路

　　SJA 1000 是一种独立CAN 控制器，由 PHILIPS 公司生产，同时具有BasicCAN 和PeIiCAN 两种工作方式。BasicCAN 可完成基本的CAN 模式，执行CAN2.0A 协议，PeliCAN 可完成增强的CAN 模式，执行具有很多新特性的CAN2.0B 协议。本系统中SJA1000 选用的PeliCAN 方式，其与CAN 收发器82C250 将下位机接入网络。为了增强CAN 总线节点的抗干扰能力，在PCA82C250 和SJA 1000 间加上光电隔离器，使总线上各CAN节点间实现电器隔离。