CAN总线在车辆分布式控制系统中的应用

　　1 引言

　　对于多电机的系统, 特别是多电机驱动的轨道车辆控制系统, 需要实现大量的信息采集、分布式的协调控制、实时的反应速度等功能。传统的集散型控制系统存在系统不开放、硬件投资大、布线复杂、维修不便的缺点, 具有明显的局限性, 显然是不适合的。现场总线控制系统(fcs) 是继直接数字控制(ddc) 、集散控制系统(DCS) 之后的一种新型的控制系统, 是一种全开放、全数字、多点通信的底层控制网络, 具有全分散性控的体系结构。其显著特点是通过开放性总线把现场设备连接成网络,各智能设备能够完成自动控制和运行状态的自行诊断, 并且能够通过总线实现设备之间的通信, 从而简化了系统结构, 提高了可靠性。因此本文提出了一种基于CAN(controller area network)总线控制系统的设计方案, 将计算机通讯、现场总线技术很好的结合起来, 设计出了一套结构简单、实时性高、扩展性强的分布式监控系统, 实现了多电机控制与监测的实时调节、设备状态的数字化和图形化显示。

　　2 控制系统整体方案设计

　　整个控制系统由监控计算机、pc- CAN 接口卡、操作台节点、智能驱动节点(n<110)、can总线网络组成, 其系统结构如图 1 所示。分布在整个车辆的驱动节点接收操作台发来的控制指令, 对驱动电机进行智能控制, 并采集车载电源的电压、电流和温度信号, 经过处理后发送给监控计算机;监控计算机可以通过can 总线网和各个控制节点之间进行实时通信, 并显示电源电压、驱动电流、车辆速度等状态, 从而实现轨道车辆的分布式驱动和集中监控。

　　控制系统中的驱动节点由微处理器、CAN 控制器、can 收发器和外围电路(如:信号调理、光耦隔离、i2c、拨码开关等)组成。监控计算机可以选用普通pc 或工控机ipc。pc- can 适配卡用来完成can 总线和监控计算机之间的协议转换, 可以选用pci 总线适配卡、isa 总线适配卡或rs232 串行通信适配器。操作台节点用于车辆运行方向与运行速度的控制。各个控制节点之间通过屏蔽双绞线互联构成can 总线网络, 总线两端连接120ω的阻抗匹配电阻, 用来提高系统的稳定性、增强系统的抗干扰能力。

　　3 驱动节点的硬件设计

　　CAN 总线器件有两种选择方案: 一种是片内集成can 的微控制器, 如p8xc591/2、87c196ca/cb、mc68376 等; 另一种是独立的can控制器, 如控制philips 公司新版《中国仪器仪表厂商名录》征集中的sja1000、 82c200, intel公司的 82526、以及microchip 公司的mcp2510 等, 但是独立的CAN 控制芯片需要外接一个微处理器才能运行。为了简化设计, 提高可靠性, 本文设计中选用的是philips 公司的带有在片can 控制器的p87c591 微型控制器, 自带can 总线控制器(sja1000)的微处理器, 不占用处理器的端口资源, 大大简化了接口电路的设计, 减少了程序的复杂程度, 提高了系统的稳定性。