基于CAN總線的三電機(jī)協(xié)同控制(畢業(yè)設(shè)計(jì))

1、嵌入式技術(shù)課程論文嵌入式技術(shù)課程論文 單位（學(xué) 院）： 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 年 月題目：基于CAN總線的三電機(jī)協(xié)同控制摘 要本文提出了一種簡便實(shí)用的基于CAN總線的多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)中，CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)由最小系統(tǒng)、CAN總線接口電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、測速模塊及人機(jī)界面幾部分組成。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)置CAN控制器的STM32F103作為主控芯片，結(jié)合高速CAN隔離收發(fā)器CTM1050T進(jìn)行CAN通信；利用單片機(jī)的高級(jí)定時(shí)器產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波，通過L298N大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；采用反射式光電開關(guān)TCRT5000及雙

2、電壓比較器LM393組成測速模塊，將測得的速度脈沖接單片機(jī)外部中斷處理；由此可獲得設(shè)定速度與實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的偏差，運(yùn)用PID算法，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)調(diào)速；此外，采用操作簡便、顯示內(nèi)容豐富多彩的觸摸屏作為人機(jī)交互界面，向主節(jié)點(diǎn)輸入電機(jī)控制指令，同時(shí)向用戶反映實(shí)際轉(zhuǎn)速等信息。本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于CAN總線通信，即主節(jié)點(diǎn)將轉(zhuǎn)速控制信息傳送到CAN總線進(jìn)行廣播，從節(jié)點(diǎn)均可從總線上獲取該報(bào)文并幾乎同時(shí)執(zhí)行其中的指令。CAN通信的實(shí)時(shí)性，為主從電機(jī)的同步運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。本文從CAN協(xié)議規(guī)范、CAN通信機(jī)制等方面對(duì)CAN總線進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。然后基于模塊的概念，進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)以及調(diào)試。3電機(jī)的協(xié)同測試結(jié)果

3、表明該設(shè)計(jì)方案能較好地實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制，具有很好的實(shí)用價(jià)值。 目 錄前 言1第一章 緒論2第一節(jié) 基于CAN總線的三電機(jī)協(xié)同控制簡介2一、 三電機(jī)協(xié)同控制分類2二、 三電機(jī)協(xié)同控制方式2第二節(jié) 現(xiàn)場總線以及CAN總線的概述4一、 現(xiàn)場總線在多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)中的應(yīng)用4二、 CAN總線的概述5第三節(jié) 研究的目的與意義7第四節(jié) 本章小結(jié)8第二章 基于CAN的總線三電機(jī)協(xié)同控 制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案9第一節(jié) 總體設(shè)計(jì)要求9第二節(jié) 總體設(shè)計(jì)框架9第三節(jié) 各個(gè)模塊設(shè)計(jì)方案的論證10一、 節(jié)點(diǎn)模塊的選擇10二、 電機(jī)模塊總體設(shè)計(jì)13第四節(jié) 本章小結(jié)13第三章 基于CAN總線的三電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)14第一節(jié)

4、硬件設(shè)計(jì)14一、 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)14二、 CAN總線接口電路設(shè)計(jì)16三、 驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)17四、 測速模塊的設(shè)計(jì)18五、 電源模塊的設(shè)計(jì)19第二節(jié) 本章小結(jié)20第四章 基于CAN總線的多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21第一節(jié) CAN通信模塊的軟件設(shè)計(jì)21一、 CAN總線的初始化21二、 收發(fā)報(bào)文程序設(shè)計(jì)22第二節(jié) 測速程序的設(shè)計(jì)23第三節(jié) 本章小結(jié)24第五章 系統(tǒng)調(diào)試及實(shí)現(xiàn)25第一節(jié) 硬件調(diào)試25第二節(jié) 軟件調(diào)試25第三節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試及實(shí)現(xiàn)25第四節(jié) 本章小結(jié)26結(jié) 論27附 錄28一、CAN節(jié)點(diǎn)部分源程序：28二、系統(tǒng)調(diào)試實(shí)物圖38- IV -前 言 在當(dāng)代，單電機(jī)生產(chǎn)模式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)

5、展需求，多電機(jī)協(xié)同控制成為人們改善并發(fā)展電機(jī)在工業(yè)中控制作用的新探索點(diǎn)。因此，需要科研人員去研究多個(gè)電機(jī)的同步控制問題讓多個(gè)電機(jī)能在生產(chǎn)環(huán)境下協(xié)調(diào)的運(yùn)行。工業(yè)自動(dòng)化研究中，作為運(yùn)動(dòng)控制的一個(gè)分支多個(gè)電機(jī)協(xié)同控制很早就被人們提及，科研人員通過不懈的研究和努力從控制方式的實(shí)現(xiàn)、控制策略以及控制算法都對(duì)多電機(jī)的協(xié)同控制做了很大的提升，已經(jīng)在早期的機(jī)械總軸方式的基礎(chǔ)上又提出了一種更為實(shí)用可靠的控制方式即電方式控制。本文也正是在電方式控制基礎(chǔ)上展開研究，因此對(duì)于我們來說本文基于CAN總線的三電機(jī)協(xié)同控制的研究對(duì)于改善多電機(jī)協(xié)同控制具有較高的實(shí)用價(jià)值。現(xiàn)場總線是指將現(xiàn)場設(shè)備與工業(yè)過程控制單元、現(xiàn)場操作站等

6、互連而形成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有全數(shù)字化、分散、雙向傳輸、多分支的特點(diǎn)。工業(yè)自動(dòng)化研究中，快速發(fā)展的工業(yè)總線技術(shù)也對(duì)研究多電機(jī)協(xié)同控制技術(shù)的改善以及研究發(fā)展起到很大的促進(jìn)效果?，F(xiàn)場總線是一種實(shí)時(shí)的、可靠的、低廉的、串行的這些特點(diǎn)都促使他們?cè)诂F(xiàn)代工業(yè)中有了廣泛的應(yīng)用。而快速發(fā)展的工業(yè)總線技術(shù)也對(duì)研究多電機(jī)協(xié)同控制技術(shù)的改善以及研究發(fā)展起到很大的促進(jìn)效果。為多電機(jī)協(xié)同控制的研究提供了新視角以及條件。CAN總線、Profibus總線、CC-LINK總線都是當(dāng)下發(fā)展比較成熟的現(xiàn)場總線，價(jià)格比較便宜以及比較實(shí)用是這些總線的相似點(diǎn)，這也使現(xiàn)場總線與多電機(jī)協(xié)同控制結(jié)合研究提供了可能。本設(shè)計(jì)主要選取CAN總線作為總

7、線控制，其除了有以上大部分總線所具有的優(yōu)點(diǎn)外，還具有自己的獨(dú)特優(yōu)勢。筆者將在后文為讀者詳細(xì)說明。綜合分析，我認(rèn)為這是一件非常值得的并且非常有意義的事能夠?qū)贑AN總線的三電機(jī)協(xié)同控研究探索。第1章 緒論第1節(jié) 基于CAN總線的三電機(jī)協(xié)同控制簡介1、 三電機(jī)協(xié)同控制分類 通?？梢詫⒍嚯姍C(jī)協(xié)同控制分為三類，主要是主和從電機(jī)以相同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，我們一般稱這空控制為多電機(jī)的同步控制；另外一種主電機(jī)與從電機(jī)及從電機(jī)與從電機(jī)間以某種比例關(guān)系的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，在一定的場合往往需要各個(gè)電機(jī)間以某種比例關(guān)系來運(yùn)轉(zhuǎn)，且這種比例關(guān)系是可以根據(jù)運(yùn)用場合的不同而改變的，我們稱這種主、從電機(jī)速度按比例關(guān)系保持不變的控制為協(xié)調(diào)控

8、制；第三種是主電機(jī)與從電機(jī)間以及從電機(jī)與從電機(jī)間保持恒定的速差運(yùn)轉(zhuǎn)，這種控制方式在日常生產(chǎn)中也得到很廣泛的運(yùn)用。我們對(duì)于多電機(jī)協(xié)同控制的研究根據(jù)選擇的控制分類不同，研究的軟硬件設(shè)計(jì)也會(huì)跟著改變。 本設(shè)計(jì)預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)主電機(jī)與從電機(jī)以相同的速度實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)控制的效果。2、 三電機(jī)協(xié)同控制方式 機(jī)械總軸同步控制方式形成較早控制策略相對(duì)于其他控制方式也較簡單，且在早期的升船機(jī)、造紙機(jī)、紡織印染機(jī)等得到廣泛的運(yùn)用。主要是通過一臺(tái)大功率電機(jī)來拖動(dòng)機(jī)械總軸使系統(tǒng)中其他的電機(jī)通過各自的齒輪絞合在總軸上。機(jī)械總軸控制方式雖然同步性比較高、機(jī)械結(jié)構(gòu)較為固定，但往往系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、且系統(tǒng)中得各個(gè)單元的干擾較

9、為強(qiáng)烈、工作噪音大、靈活性差、傳動(dòng)范圍和距離小、單元負(fù)載小、系統(tǒng)成本高。 電方式協(xié)同控制方式是模擬機(jī)械總軸控制方式通過控制多臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等信息實(shí)現(xiàn)多電機(jī)的協(xié)同控制。這種方式不受距離的約束，同時(shí)，這種控制方式在同步性、靈活性性上都比機(jī)械總軸控制方式較好。電方式并且克服了機(jī)械方式的種種缺點(diǎn)，對(duì)外部的擾動(dòng)有比較高的抗擾能力。 主令同步控制方式是指系統(tǒng)在共同的輸入信號(hào)作用下，各個(gè)電機(jī)由各自的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊功率驅(qū)動(dòng)下形成的物理上相互獨(dú)立的單元。各個(gè)電機(jī)模塊間不會(huì)相互干擾。在這種控制方式下，如果主、從電機(jī)在受到較少擾動(dòng)的情況下具有較高的同步效果。主令控制方式系統(tǒng)雖然在啟停階段系統(tǒng)的同步性能很好、不同單

10、元不受距離的限制等優(yōu)點(diǎn)，但是，如果系統(tǒng)的某個(gè)節(jié)點(diǎn)受到外界擾動(dòng)的干擾作用，會(huì)出現(xiàn)失同步的現(xiàn)象，不適用于同步性要求嚴(yán)格的場合。主令控制方式結(jié)構(gòu)如下圖1.1所示。 圖1.1 主令控制方式 主從多電機(jī)協(xié)同控制方式適用于主節(jié)點(diǎn)主電機(jī)受到較大干擾而從節(jié)點(diǎn)從電機(jī)一般不收環(huán)境干擾的場合。各個(gè)從電機(jī)把主電機(jī)在某個(gè)時(shí)刻受到的干擾信號(hào)作為從電機(jī)的輸入信號(hào)。主從多電機(jī)協(xié)同控制方式主要有以下兩種情況：第一種情況是第一臺(tái)為主電機(jī)其他未從電機(jī)。主電機(jī)根據(jù)系統(tǒng)給定信號(hào)的信息運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)主電機(jī)的輸出信號(hào)控制其他從電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。主從控制形式一結(jié)構(gòu)如下圖1.2所示。圖1.2 主從控制形式一 第二種情況是：第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為主機(jī)，最后一臺(tái)電

11、動(dòng)機(jī)為從機(jī)，其余的電動(dòng)機(jī)充當(dāng)雙重角色，既是主機(jī)又是從機(jī)。主從控制形式二如下圖1.3所示。圖1.3 主從控制形式二 通過上面的比較我們不難發(fā)現(xiàn)采用主從方式進(jìn)行多電機(jī)的協(xié)同控制。第2節(jié) 現(xiàn)場總線以及CAN總線的概述1、 現(xiàn)場總線在多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)場總線是指將能夠?qū)⒐I(yè)生產(chǎn)某些設(shè)備與工控制單元按一定的控制方式進(jìn)行相互連接得網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有全數(shù)字化、分散、雙向傳輸、多分支的特點(diǎn)。它的關(guān)鍵標(biāo)志是能雙向多節(jié)點(diǎn)、總線式全數(shù)字通訊。工業(yè)自動(dòng)化研究中，快速發(fā)展的工業(yè)總線技術(shù)也對(duì)研究多電機(jī)協(xié)同控制技術(shù)研究以及改善有比較大的促進(jìn)效果?，F(xiàn)場總線是一種實(shí)時(shí)的、可靠的、低廉的、串行的這些特點(diǎn)都促使他們?cè)诂F(xiàn)

12、代工業(yè)中有了廣泛的應(yīng)用。 當(dāng)前國際具有代表性的現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品是CC-LINK、Profibus、CANBus等。本節(jié)將對(duì)以上幾種總線簡單介紹和性能比較，分析各種總線的優(yōu)缺點(diǎn)來讓我們做出正確的選擇。1、 CC-LINKCC-LINK（control&conmunication Link）總線是有日本推出的一種開放式總線并在亞洲市場得到廣泛的運(yùn)用。CC-LINK總線可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)傳輸和瞬時(shí)傳輸兩種通信方式，是一種可以快速處理即時(shí)信息和控制即時(shí)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。CC-LINK總線主要由特定功能的通信模塊和I/O借口鏈接而成并通過PLC來協(xié)調(diào)通信網(wǎng)絡(luò)的工作。CC-LINK起源于亞洲

13、并迅速得到廣泛的應(yīng)用，CC-LINK總線數(shù)據(jù)在傳輸速度快、價(jià)格，性能等方面比其他的總線更優(yōu)越。2、 ProfibusProfibus（Process Fieldbus，過程現(xiàn)場總線）是德國西門子推出的適用于流程自動(dòng)化和制造業(yè)自動(dòng)化、交通電力的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它由3部分組成：Profibus-DP用于現(xiàn)場級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)與設(shè)備級(jí)分散的I/O之間的通信；Profibus-PA用于過程自動(dòng)化；Profibus-FMS用于車間監(jiān)控層，實(shí)現(xiàn)控制器與現(xiàn)場設(shè)備、控制器之間的通信。Profibus采用OSI模型的第1、2層，Profibus-FMS還定義了第7層。它支持主從、令牌傳遞通信

14、。3、CANCAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）是德國Bosch公司為汽車應(yīng)用而開發(fā)的一種有效支持分布式實(shí)時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。它采用OSI模型的第1、2、7層。CAN總線支持多主方式運(yùn)行，采用非破壞性位仲裁機(jī)制確定數(shù)據(jù)塊的優(yōu)先級(jí)，有效地避免了沖突等待；采用短幀結(jié)構(gòu)，通信實(shí)時(shí)性好，且每幀都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，可靠性高；對(duì)報(bào)文而非站地址進(jìn)行編碼，可實(shí)現(xiàn)全局廣播、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)等多種傳輸方式；節(jié)點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具備自動(dòng)退出總線功能。鑒于其可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性方面的突出優(yōu)勢，CAN總線的使用已不再限于汽車行業(yè)，在工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備、機(jī)器人

15、等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。 上述幾種現(xiàn)場總線的比較如下圖1.1所示表1.1 幾種現(xiàn)場總線的性能比較 由于性能對(duì)比，CAN總線性能卓越。故我們選取CAN總線作為我們本次研究多電機(jī)協(xié)同控制的現(xiàn)場總線。2、 CAN總線的概述在1993年，CAN總線通過ISO認(rèn)證并有ISO頒布ISO11898CAN國際標(biāo)準(zhǔn)，為CAN總線在國際的廣泛運(yùn)用鋪平了道路。1、 CAN總線工作原理 CAN總線是一個(gè)串行通信網(wǎng)絡(luò)，能支持分布式實(shí)時(shí)控制。主節(jié)點(diǎn)以廣播形式將要傳播的數(shù)據(jù)在CAN總線上廣播，位于CAN總線上的從節(jié)點(diǎn)都能接受到來之主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)文。無論報(bào)文是發(fā)送給哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)，總線上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都對(duì)其進(jìn)行接收。報(bào)文開頭的標(biāo)識(shí)符I

16、D，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)7，并且在一個(gè)系統(tǒng)中ID唯一。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)搶占總線取時(shí)，根據(jù)ID優(yōu)先級(jí)進(jìn)行仲裁，決定總線訪問權(quán)（ID值越小，報(bào)文優(yōu)先級(jí)越高）。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)要向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)的CPU將標(biāo)識(shí)符和要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送給CAN控制器，處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)總線空閑時(shí)，馬上進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)，網(wǎng)上的其它節(jié)點(diǎn)處于接收狀態(tài)。 CAN總線可以在硬件和軟件沒有改動(dòng)的情況下進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展，使其具有極高的靈活性。同時(shí)，允許分布過程同步化，即總線上控制器需要測量數(shù)據(jù)時(shí)，可從網(wǎng)絡(luò)上獲取，而無須每個(gè)控制器都有自己獨(dú)立的傳感器。2、 CAN總線協(xié)議規(guī)范與差錯(cuò)檢測 根

17、據(jù)OSI模型1、4、7層可以將CAN分為物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，CAN總線協(xié)議結(jié)構(gòu)模型如下圖1.4所示。圖1.4 CAN協(xié)議模型 物理層和數(shù)據(jù)鏈路層根據(jù)協(xié)議的不同實(shí)現(xiàn)不同的功能。物理層描述了節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際傳輸速率、同步機(jī)制、電平信號(hào)等信息。數(shù)據(jù)電路曾又可以分為兩層，即MAC層和LLC層。介質(zhì)訪問控制層主要是為了節(jié)點(diǎn)間報(bào)文傳輸提供服務(wù)，而協(xié)議傳送主要是在傳輸層完成。CAN總線錯(cuò)誤處理與檢測主要是在傳輸層完成。位錯(cuò)誤、形式錯(cuò)誤、CRC錯(cuò)誤等是CAN總線存在的主要錯(cuò)誤類型。與此相對(duì)應(yīng)的主動(dòng)/被動(dòng)錯(cuò)誤、離線狀態(tài)時(shí)CAN節(jié)點(diǎn)間三種錯(cuò)誤狀態(tài)。這三種錯(cuò)誤狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)圖如下圖1.4所示。圖1.5 CAN錯(cuò)誤狀態(tài)

18、圖第3節(jié) 研究的目的與意義本課題設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)CAN總線協(xié)議規(guī)范的基礎(chǔ)上，將其應(yīng)用到多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)中，利用CAN總線的實(shí)時(shí)性、可靠性與靈活性，改善協(xié)同控制的快速性、精度等性能，以滿足現(xiàn)代協(xié)同控制系統(tǒng)愈來愈苛刻的生產(chǎn)要求?？偩€技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，已經(jīng)改變了原有系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，掀起了一場巨大的變革，而CAN總線作為最有前途的現(xiàn)場總線之一，毫無疑問，具有廣闊的發(fā)展前景。本課題的最終目的在于通過對(duì)基于CAN通信的多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)和理解CAN通信的工作機(jī)制，掌握其設(shè)計(jì)方法，在實(shí)際應(yīng)用中獲得更深的體會(huì)；同時(shí)增強(qiáng)學(xué)習(xí)新理論技能并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的能力，以及提升對(duì)科技發(fā)展前沿的靈敏度。本課題的

19、研究意義在于實(shí)現(xiàn)一種有效支持分布式實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)，它通過成本低廉的雙絞線進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，達(dá)到電機(jī)同步運(yùn)行的目的。在控制系統(tǒng)日益分散化的今天，該設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)用價(jià)值。第4節(jié) 本章小結(jié) 本章對(duì)多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史及趨勢、控制方式及控制策略進(jìn)行了簡單介紹，闡述了總線技術(shù)對(duì)協(xié)同控制系統(tǒng)的優(yōu)化作用，并經(jīng)過分析比較，論證CAN總線在多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)中的適用性。此外，本章還簡要介紹了基于CAN總線的多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的與意義，其主要內(nèi)容，以及該設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處與今后的研究思路。第2章 基于CAN的總線三電機(jī)協(xié)同控 制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案第1節(jié) 總體設(shè)計(jì)要求該方案基于CAN總線的3電機(jī)協(xié)同控制主要

20、采用主從控制方式通過CAN總線及其接口電路、最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、測速電路等來實(shí)現(xiàn)控制從電機(jī)與主電機(jī)以相同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)用STM32F103作為主控芯片，通過CAN總線接口電路實(shí)現(xiàn)CAN通信；利用STM32F103芯片的定時(shí)器產(chǎn)生PWM波，通過電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路來控制主、從電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)作品為實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)調(diào)速，根據(jù)PID算法設(shè)計(jì)了測速電路模塊來實(shí)時(shí)獲取實(shí)際電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度與預(yù)設(shè)速度的偏差；此外，人機(jī)界面采用操作簡便的觸摸屏向用戶實(shí)時(shí)反應(yīng)轉(zhuǎn)速及其他信息大大優(yōu)化了系統(tǒng)的性能。本設(shè)計(jì)完全滿足設(shè)計(jì)初衷提出的一下幾點(diǎn)要求：1 讓兩臺(tái)從電機(jī)與主電機(jī)以相同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)；2 主、從電機(jī)間通信主要通過CAN通信網(wǎng)

21、絡(luò)實(shí)現(xiàn)。第2節(jié) 總體設(shè)計(jì)框架該設(shè)計(jì)主要采用內(nèi)置CAN控制器的STM32F103作為主控芯片，并通過五個(gè)電路模塊的軟硬件設(shè)計(jì)使功能得以實(shí)現(xiàn)。主、從電機(jī)間每臺(tái)電機(jī)都獨(dú)立的設(shè)計(jì)一個(gè)完整的系統(tǒng)去控制電機(jī)，然后主、從電機(jī)間再通過CAN通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信以完成轉(zhuǎn)速同步的效果。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下。圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第3節(jié) 各個(gè)模塊設(shè)計(jì)方案的論證1、 節(jié)點(diǎn)模塊的選擇基于CAN總線的3電機(jī)協(xié)同控制的主控芯片的選擇主要有兩種方案：第一種是51系列單片機(jī)；第二種是使用ARM系列處理芯片（本設(shè)計(jì)基于CAN總線的三電機(jī)協(xié)同控制主要選用STM32F103）。根據(jù)選擇的主控芯片的不同，相應(yīng)的CAN總線接口電路設(shè)計(jì)方案也隨之

22、改變。 第一種方法MCU選用51單片機(jī)，主控芯片與CAN總線間通過CTM1050T連接。51系列單片機(jī)是一種8位功能可擴(kuò)展的處理器，內(nèi)部用可供使用的定時(shí)器或者計(jì)數(shù)器，另外還有32個(gè)I/O口線以及一個(gè)全雙工通信口。CTM1050T主要由CAN隔離器、CAN收發(fā)器等組成，這些模塊都被集成在小于3cm芯片內(nèi)部。芯片的主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平并且具有DC 2500V的隔離功能及ESD保護(hù)作用。 第二種方法MCU選用STM32F103作為主控芯片，主控芯片與CAN總線間通過CAN收發(fā)器連接。STM32F103是一種內(nèi)置CAN總線控制器的具有32位的ARM系列微型處理器

23、，內(nèi)部集成8個(gè)16位定時(shí)器、13個(gè)通信接口、80個(gè)I/O接口、6路的PWM、8路A/D轉(zhuǎn)換模塊以及2路專用的復(fù)位電路模塊等。TJA1050T是在PCA82C250和PCA82C251后發(fā)布的性能更優(yōu)的高速CAN收發(fā)器的后繼產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出信號(hào)CANH與CANL的最佳匹配，同時(shí)在節(jié)點(diǎn)為供電時(shí)使系統(tǒng)的性能有所改進(jìn)。 本設(shè)計(jì)選擇STM32F103芯片作為MCU，通過JTA1050T實(shí)現(xiàn)主控芯片與CAN總線通信的方案更合理、電路構(gòu)建相對(duì)簡單、軟硬件設(shè)計(jì)也相對(duì)合理。因?yàn)镾TM32F103是一款內(nèi)置CAN控制器的32位ARM處理器，在性能上較51系列單片機(jī)卓越許多。主控芯片的選取也是這個(gè)方案可以容易且經(jīng)

24、濟(jì)的實(shí)現(xiàn)各種比較復(fù)雜的功能。1、 驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)方案一：一種步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)優(yōu)化方案，即將MCU產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)經(jīng)由DAC0832變換成相應(yīng)的模擬信號(hào)，通過功率放大電路進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制。這種方法可以降低步進(jìn)電機(jī)的振動(dòng)和噪音，提高控制精度，改善運(yùn)行性能。方案二：選用常用的L298N驅(qū)動(dòng)電路。L298N是ST公司的生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。輸出電壓可用單片機(jī)的I/O口控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。電路簡單，使用方便。鑒于本設(shè)計(jì)使用的是微型直流電機(jī)，選擇第二種方案即可。3、 測速模塊的選擇目前，霍爾傳感器、直流測速發(fā)電機(jī)以及光電測速裝置是較常使用的電機(jī)測速方法。第一種方法是采用霍爾傳感器對(duì)主、從電

25、機(jī)進(jìn)行測速?；魻杺鞲衅鳒y速原理是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將具有磁性的磁鋼粘放。同時(shí)使磁鋼的磁極與傳感器的磁極相對(duì)準(zhǔn)，并把霍爾傳感器固定在機(jī)架上。主要通過霍爾元件去感應(yīng)由固定在轉(zhuǎn)盤上并隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)的磁鋼引起的磁場強(qiáng)度的變化，磁場變化通過霍爾傳感器轉(zhuǎn)化為連續(xù)的電壓信號(hào)并將其作為輸出電壓送到單片機(jī)。第二種方法是采用直流測速發(fā)電機(jī)來對(duì)主從電機(jī)進(jìn)行測速。直流測速發(fā)電機(jī)測速原理是根據(jù)電磁感應(yīng)，通過將電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為物理信號(hào)從而對(duì)主和從電機(jī)進(jìn)行速度測量。第三種方法是采用光電測速傳感器來對(duì)主、從電機(jī)進(jìn)行測速。光電測速傳感器測速原理是利用光電效應(yīng)，光敏元件通過感應(yīng)被固定在電機(jī)上的的光電碼盤阻擋或沒有阻擋的光源，

26、并隨之改變光敏元件的阻值，轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)從輸出產(chǎn)生正負(fù)變化的周期性脈沖。以上幾種測速方案的比較如下表。表2.1幾種測速方法的比較通過對(duì)霍爾傳感器、直流測速發(fā)電機(jī)以及光電測速裝置三種方案進(jìn)行比較，不難看出采用光電測速傳感器測速靈敏度較高、電路簡單、誤差叫小。相對(duì)于其他兩種方法有一定的優(yōu)勢。所以，本設(shè)計(jì)基于CAN總線的三電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)采用光電測速傳感器測速。4、人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面是指人和機(jī)器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域，或稱用戶界面。方案一：選擇按鍵輸入及LCD1602顯示。液晶顯示器體積小、功耗低、顯示操作簡單，顯示質(zhì)量高且不會(huì)閃爍，顯示字符優(yōu)美，能顯示數(shù)字、字符與圖形，但使用溫度

27、范圍較窄，正常工作溫度范圍為。該方案價(jià)格低廉，應(yīng)用較廣。方案二：選用TFTLCD觸摸屏輸入指令并顯示電機(jī)運(yùn)行情況。TFT（Thin Film Transistor）即薄膜場效應(yīng)晶體管，LCD上的每一液晶象素點(diǎn)都是由集成在其后的TFT來驅(qū)動(dòng)，做到高速度、高亮度、高對(duì)比度顯示屏幕信息。TFTLCD作為現(xiàn)今的主流顯示器，具有低壓應(yīng)用、低壓驅(qū)動(dòng)、平板化、低功耗、使用方便靈活、壽命長、高分辨率、高彩色保真度、高亮度、高對(duì)比度、高響應(yīng)速度、無輻射、無閃爍、環(huán)保性好、適用范圍寬（-20至+50的溫度范圍內(nèi)都可以正常使用）等優(yōu)點(diǎn)。并且TFTLCD產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟，易于集成與更新，完美融合了光源與大規(guī)模半導(dǎo)體集成電

28、路技術(shù)，有很好的發(fā)展前景。而將觸摸屏與液晶屏配套使用，組合成為一個(gè)可交互的輸入輸出系統(tǒng)，操作簡便，時(shí)尚大方。鑒于TFTLCD觸摸屏將輸入及輸出集成在一起，使用更為簡便舒適，視覺效果極佳，本設(shè)計(jì)選取TFTLCD觸摸屏作為用戶界面。2、 電機(jī)模塊總體設(shè)計(jì)該方案基于CAN總線的3電機(jī)協(xié)同控制主要采用主從控制方式通過CAN總線及其接口電路、最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、測速電路等來實(shí)現(xiàn)控制從電機(jī)與主電機(jī)以相同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)用STM32F103作為主控芯片，通過CAN總線接口電路實(shí)現(xiàn)CAN通信；利用STM32F103芯片的定時(shí)器產(chǎn)生PWM波，通過電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路來控制主、從電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)作品為實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)

29、調(diào)速，根據(jù)PID算法設(shè)計(jì)了測速電路模塊來實(shí)時(shí)獲取實(shí)際電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度與預(yù)設(shè)速度的偏差；此外，人機(jī)界面采用操作簡便的觸摸屏向用戶實(shí)時(shí)反應(yīng)轉(zhuǎn)速及其他信息大大優(yōu)化了系統(tǒng)的性能。節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖如下。圖2.2 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖 第4節(jié) 本章小結(jié) 本章首先明確了設(shè)計(jì)的要求，確立了CAN通信系統(tǒng)的整體方案，然后根據(jù)模塊功能，提出多種較為合理的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案，通過分析與論證，最終確定了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的總體設(shè)計(jì)方案，作為下文具體電路設(shè)計(jì)的引導(dǎo)與鋪墊。第3章 基于CAN總線的三電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第1節(jié) 硬件設(shè)計(jì)基于CAN總線的三電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺(tái)是在Altium Designer上進(jìn)行，通過Altium Desi

30、gner軟件來繪制系統(tǒng)的原理圖和PCB板。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)功能需求可以把系統(tǒng)分為MCU最小系統(tǒng)、人機(jī)控制界面、CAN總線接口電路、測速電路以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。1、 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、 MCU簡介STM32F103是一種內(nèi)置CAN總線控制器的具有32位的ARM系列微型處理器，內(nèi)部集成8個(gè)16位定時(shí)器、13個(gè)通信接口、80個(gè)I/O接口、6路的PWM、8路A/D轉(zhuǎn)換模塊以及2路專用的復(fù)位電路模塊等。STM32F103工作頻率高達(dá)72MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器，具有豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)19。STM32F103配置如表3.1所示。表3.1 STM32F103功能表2、 MCU最小

31、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)STM32F103最小系統(tǒng)主要由：復(fù)位電路、電源電路以及時(shí)鐘電路等組成。MCU最小系統(tǒng)原理圖如圖3.1所示。圖3.1 mcu最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)2、 CAN總線接口電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用內(nèi)置CAN控制器的STM32F103作為主控芯片，通過高速CAN收發(fā)器TJA1050T芯片實(shí)現(xiàn)主控芯片CAN總線相連接。TJA1050T芯片引腳功能見下表3.2所示。系統(tǒng)采用內(nèi)置CAN控制器的STM32F103作為主控芯片，通過高速CAN收發(fā)器TJA1050T芯片實(shí)現(xiàn)主控芯片CAN總線相連接。TJA1050T芯片引腳功能見下表3.2所示。表3.2 CTM1050T引腳定義 由上表可看出，只需在TJA1050T芯片3

32、引腳加入+5V電壓，將TJA1050T芯片的RXD/TXD引腳上拉電阻與STM32F103的PB8引腳以及PB9引腳相連即可。用TJA1050T芯片的CAN總線接口電路如下圖3.2所示。圖3.2 CAN總線接口電路設(shè)計(jì)3、 驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)1、 PWM調(diào)速原理PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制），即通過調(diào)制一系列脈沖的寬度，獲得所需的等效波形（含形狀和幅值），其理論基礎(chǔ)是面積等效原理，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同（沖量即窄脈沖的面積）。根據(jù)PWM原理，只要改變占空比就實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的的功能。目前，一般通過半導(dǎo)體器件的通斷區(qū)改變電

33、機(jī)電壓的通斷時(shí)間以及通電周期已達(dá)到改變電機(jī)的占空比的目的。2、 L298N簡介L298N是ST公司的生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。工作電壓為5V46V；輸出電流大，持續(xù)工作電流可達(dá)2A，瞬間峰值可達(dá)3A；內(nèi)含兩個(gè)H橋全橋式驅(qū)動(dòng)器，可用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)電機(jī)等感性負(fù)載，可驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)（或二相步進(jìn)電機(jī)），或一臺(tái)四相步進(jìn)電機(jī)。其輸出電壓可由電源直接調(diào)節(jié)，也可由單片機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。其真值表如表3.3所示。表3.3 L298N真值表3、驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)中，STM32F103的PE5、PE6分別接IN1、IN2，控制電機(jī)的啟停及轉(zhuǎn)向；PA8接ENA，通過改變定時(shí)器TIM1所

34、產(chǎn)生的PWM波的占空比，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖3.3所示，控制端與驅(qū)動(dòng)端不共地，采用光耦TLP521來實(shí)現(xiàn)完全的電氣隔離，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，并使驅(qū)動(dòng)可以接入3.3V的控制系統(tǒng)。圖3.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)4、 測速模塊的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)基于CAN總線的三電機(jī)協(xié)同控制主要通過LM393、TCRT5000以及一些外圍電路組成。雙電壓比較器LM393常用于檢測弱電壓信號(hào)，主要存在兩種狀態(tài)，即輸出管飽和和輸出管截止。當(dāng)其同相輸入端電壓高于反相輸入端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路；當(dāng)反相輸入端電壓高于同相輸入端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端置低。當(dāng)輸入端電壓差大于10mV，輸出狀態(tài)就能進(jìn)行可靠轉(zhuǎn)換，

35、故常用于檢測弱信號(hào)。TCRT5000有發(fā)射管和接收管組成，由發(fā)射管發(fā)射并由接受管接受的紅外線因其反射的情況影響接受管的電阻。測速電路的設(shè)計(jì)圖如下。當(dāng)檢測到亮色的碼盤時(shí)，TCRT5000發(fā)射管發(fā)出的紅外線被反射回來并且強(qiáng)度足夠大，被接收管（光敏三極管）接收，光敏三極管飽和，TCRT5000輸出低電平，接入LM393的反相端，LM393輸出高電平，二極管不亮；當(dāng)檢測到空隙時(shí)，發(fā)射管發(fā)出的紅外線未被反射回來，光敏三極管截止，TCRT5000輸出高電平，LM393輸出低電平，二極管發(fā)光。圖3.4 測速電路設(shè)計(jì)圖5、 電源模塊的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時(shí)鐘電路的備用電源采用VBAT 3.3v鋰子片狀電池，提供+3.3

36、V直流電源備用電源經(jīng)去耦濾波電容穩(wěn)壓，提供+5V直流電源，如圖3.5 所示。系統(tǒng)中，STM32F103主控芯片需要3.3V電源，因此，需將+5V直流電轉(zhuǎn)換為+3.3V。本設(shè)計(jì)采用AMS1117-3.3進(jìn)行5V到3.3V的轉(zhuǎn)換。AMS1117輸入+5V，提供+3.3V的固定電壓輸出。為了降低電磁干擾，C7-C10濾波后，為CPU提供電源，R8為DGND與AGND的接地，R9為D5 LED電源指示。如圖3.6所示。圖3.5 +5V備用電源電路圖3.6 ASM1117-3.3產(chǎn)生3.3V應(yīng)用電路第2節(jié) 本章小結(jié) 該設(shè)計(jì)主要采用內(nèi)置CAN控制器的STM32F103作為主控芯片，并通過五個(gè)電路模塊的軟硬

37、件設(shè)計(jì)使功能得以實(shí)現(xiàn)。主、從電機(jī)間每臺(tái)電機(jī)都獨(dú)立的設(shè)計(jì)一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)去控制電機(jī)，然后主、從電機(jī)間再通過CAN通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信以完成轉(zhuǎn)速同步的效果。本章節(jié)對(duì)這五個(gè)模塊設(shè)計(jì)及原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹與分析，為軟件的設(shè)計(jì)鋪墊。第4章 基于CAN總線的多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺(tái)是在Keil uVision4上進(jìn)行，運(yùn)用我們比較熟悉C語言進(jìn)行編程，并運(yùn)用Keil uVision4通過JTAG接口在線編程調(diào)試。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以分為三個(gè)部分進(jìn)行，即電機(jī)控制模塊、CAN通信模塊和人機(jī)界面模塊。總體工作流程圖如下圖4.1所示。圖4.1 總體工作流程圖第1節(jié) CAN通信模塊的軟件設(shè)計(jì)1、 CA

38、N總線的初始化CAN初始化的主要任務(wù)是完成CAN模塊功能的設(shè)置，包括外設(shè)時(shí)鐘的使能、GPIO口配置、CAN的NVIC配置、CAN的模式設(shè)置、以及CAN的過濾器配置15。圖4.2 CAN通信模塊初始化2、 收發(fā)報(bào)文程序設(shè)計(jì)報(bào)文發(fā)送流程：通過將TXRQ置“1”以及設(shè)定IDLC、ID以及待發(fā)送數(shù)據(jù)是被選擇的空置的郵箱進(jìn)入掛號(hào)狀態(tài)；當(dāng)CAN總線處于閑置狀態(tài)，最高級(jí)優(yōu)先級(jí)的郵箱就可以進(jìn)行報(bào)文的發(fā)送。報(bào)文接受流程：當(dāng)一個(gè)報(bào)文到來，郵箱FIFO0產(chǎn)生一次中斷，讀取報(bào)文信息通過標(biāo)示符判定是否為有效報(bào)文，并相應(yīng)的設(shè)定標(biāo)示位。報(bào)文接受流程圖如下圖4.3與圖4.4所示。 圖4.3 報(bào)文接受流程圖圖4.4 報(bào)文接受流

39、程圖第2節(jié) 測速程序的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量通過兩部分完成：外部中斷PA1用于對(duì)速度脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；TIM2溢出中斷用于定時(shí)。其中斷服務(wù)函數(shù)分別如圖4.5和圖4.6所示。圖4.5 速度脈沖計(jì)數(shù)函數(shù)流程圖4.6 定時(shí)器TIM2測速函數(shù)流程第3節(jié) 本章小結(jié)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以分為三個(gè)部分進(jìn)行，即電機(jī)控制模塊、CAN通信模塊和人機(jī)界面模塊。本章節(jié)對(duì)這三部分的軟件編程算法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。第5章 系統(tǒng)調(diào)試及實(shí)現(xiàn)第1節(jié) 硬件調(diào)試通過Altium Designer軟件來繪制系統(tǒng)的原理圖和PCB板，在此基礎(chǔ)上完成制版以及焊接任務(wù)后，開始對(duì)硬件調(diào)試以檢查是否正確。硬件調(diào)試主要通過以下兩個(gè)部分完成：1 用

40、萬用表檢測電路。根據(jù)原理圖逐一的檢測電路是否存在錯(cuò)誤，比方虛焊、錯(cuò)焊以及漏焊等。2 通過 JTAG在線調(diào)試，檢查電機(jī)是否能夠正常的運(yùn)作。第2節(jié) 軟件調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)軟件程序分為三個(gè)模塊設(shè)計(jì)，也可以將軟件調(diào)試通過對(duì)每個(gè)模塊的逐一進(jìn)行調(diào)試以達(dá)到預(yù)期的效果。通過調(diào)試主要存在以下的問題：首先，沒有辦法正常的測速。檢查程序最終發(fā)現(xiàn)沒有清除EXTI_Line1標(biāo)志位。其次，在調(diào)試階段設(shè)置了正反轉(zhuǎn)按鍵的標(biāo)志變化，是人機(jī)界面對(duì)電機(jī)的指令更清晰明了。第3節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試及實(shí)現(xiàn)液晶顯示模塊主要有三個(gè)環(huán)節(jié)的展示：畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告名字的展示、主電機(jī)和從電機(jī)預(yù)期轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速的顯示以及電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)、加減速按鍵。系統(tǒng)整體調(diào)試圖

41、如下。圖5.1 系統(tǒng)整體調(diào)試圖第4節(jié) 本章小結(jié)本章主要介紹了控制系統(tǒng)硬件與軟件調(diào)試的方法，通過軟硬件的調(diào)試從中找到不足并給予改善。結(jié) 論本文基于CAN通信協(xié)議以及32位ARM系列STM32F103，實(shí)現(xiàn)了一種創(chuàng)新的基于CAN總線的多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用高實(shí)時(shí)性、高可靠性的CAN串行通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了對(duì)多電機(jī)的同步控制，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約了系統(tǒng)成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，本文中軟硬件設(shè)計(jì)均采用模塊化思想。硬件設(shè)計(jì)包括最小系統(tǒng)、CAN總線接口電路設(shè)、驅(qū)動(dòng)模塊、測速模塊及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)同樣包括CAN通信模塊、電機(jī)控制模塊、人機(jī)界面模塊的設(shè)計(jì)。這種模塊化的設(shè)計(jì)方法具有便于操作、易于

42、調(diào)試與移植調(diào)用的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于將來的學(xué)習(xí)研究。附 錄一、CAN節(jié)點(diǎn)部分源程序：1、CAN通信模塊部分源程序/*CAN初始化接口函數(shù)*/void USER_CAN_Init(void)CAN_GPIO_Config();CAN_NVIC_Config();CAN_Mode_Config(); CAN_Filter_Config(); static void CAN_GPIO_Config(void)/CAN GPIO 和時(shí)鐘配置 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /*外設(shè)時(shí)鐘設(shè)置*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Perip

43、h_AFIO | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE); /* Configure CAN pin: RX */ /PB8-CANRX GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; /上拉輸入 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); /* Configure CAN pin: TX */ /PB

44、9-CANTX GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; /復(fù)用推挽輸出 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap1_CAN1, ENABLE);static void CAN_NVIC_Config(void)/CAN RX0 中斷優(yōu)先級(jí)配置 NVIC_

45、InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); /* 中斷設(shè)置 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USB_LP_CAN1_RX0_IRQn;/CAN1 RX0中斷 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; /搶占優(yōu)先級(jí)為0 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; /子優(yōu)先級(jí)為0 NVIC_InitStru

46、cture.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);static void CAN_Mode_Config(void)/CAN的模式配置CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;/* CAN 寄存器初始化 */CAN_DeInit(CAN1);CAN_StructInit(&CAN_InitStructure);/* CAN 單元初始化 */CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE; /時(shí)間觸發(fā)通信禁止CAN_InitStructure.CAN_

47、ABOM=DISABLE; /離線退出是在中斷置位清0后退出CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE; /自動(dòng)喚醒模式：清零sleepCAN_InitStructure.CAN_NART=DISABLE; /自動(dòng)重傳CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE; / FIFO沒有鎖定，新報(bào)文覆蓋舊報(bào)文CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE; /發(fā)送報(bào)文優(yōu)先級(jí)確定：標(biāo)志符CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_Normal; /正常傳輸模式CAN_InitStructure.CAN_

48、SJW=CAN_SJW_1tq; /1-4CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_12tq; /1-16CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_7tq; /1-8CAN_InitStructure.CAN_Prescaler=9; /波特率為 36/(9*(1+12+7)=200kCAN_Init(CAN1,&CAN_InitStructure);static void CAN_Filter_Config(void)/CAN的過濾器配置CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;/*

49、 CAN 過濾器初始化 */CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0; /CAN1 RX0中斷CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;/工作在標(biāo)識(shí)符屏蔽位模式CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit; /過濾器位寬為單個(gè)32位/* 使能報(bào)文標(biāo)識(shí)符過濾器按照標(biāo)示符的內(nèi)容進(jìn)行比對(duì)過濾，擴(kuò)展ID不是如下的就拋棄掉，是的話，會(huì)存入FIFO0。 */CAN_FilterInitStructure.C

50、AN_FilterIdHigh=0x0000; /要過濾的ID高位 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000; /要過濾的ID低位 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x0000; /過濾器高16位每位不必關(guān)心CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000; /過濾器低16位每位不必關(guān)心CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_FIFO0;/過濾器被關(guān)聯(lián)到FIFO0CAN

51、_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE; /使能過濾器CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);/*允許FMP0中斷*/ CAN_ITConfig(CAN1,CAN_IT_FMP0, ENABLE);/*發(fā)送報(bào)文接口函數(shù)*/void SendCan(u16 dat_0,u16 dat_1,u16 dat_2)TxMessage.ExtId=0x0000; /使用的擴(kuò)展IDTxMessage.IDE=CAN_ID_EXT; /擴(kuò)展模式TxMessage.RTR=CAN_RTR_DATA; /

52、發(fā)送的是數(shù)據(jù)TxMessage.DLC=3; /數(shù)據(jù)長度為3字節(jié)TxMessage.Data0=dat_0;TxMessage.Data1=dat_1;TxMessage.Data2=dat_2;CAN_Transmit(CAN1,&TxMessage);/*CAN接收中斷服務(wù)程序*/void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void)CAN_Receive(CAN1,CAN_FIFO0, &RxMessage); /從郵箱中讀出報(bào)文if(RxMessage.ExtId=0x0000)flag = 0; /接收成功elseflag = 0xff; 2、電機(jī)控制模塊部分源程序/*PID運(yùn)算接口函數(shù)*/void PIDcalc(void)e=speed_set-speed;/計(jì)算速度偏差duk=( Kp*(e - e1) + Ki*e + Kd*(e - 2*e1 + e2)/100; /控制量增量計(jì)算uk = uk1 + duk ;pwmout=(int16_t)uk; /PWM波占空比if(pwmout > 99) /設(shè)定限值pwmout = 99 ;else if(pwmout < 0)pwmout = 0 ;uk1 = uk ; /保存歷史數(shù)據(jù)e2=e1