CAN总线通信技术在LTU90A智能摊铺机中的应用
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CAN总线的应用分析
CAN总线(Controller Area Network)在近几十年发展迅猛,是当今工业自动化控制系统中最重要的通信总线之一,它非常适合用于汽车行业,具有耗电少,价格低,阻抗高,数据传输高效率,及抗噪声能力强等特点。
此外,它的特性可以实现数据交互简便,可以使用车载电子系统上的各种复杂功能。
因此,CAN总线在近几十年受到越来越多的应用,广泛应用于汽车电子,医疗系统,机器人,航空航天,通信系统,铁路和交通信号等领域。
首先,CAN总线是用于汽车电子系统的通信总线,是车载控制与诊断系统的核心技术。
CAN总线可以实现多节点网络结构,能够满足大量控制和监测系统的要求,包括传感器检测,控制,测试,诊断,监控,以及紧急情况的发现和报警等等。
CAN总线还可以用于汽车的智能传感器网络,该网络可以收集有关汽车状态的信息,并将数据传输到车载控制程序,使汽车能够精准地控制和操作,从而节约能源,提高汽车性能。
其次,CAN总线也被广泛应用于许多医疗系统,可以实现各医疗设备之间的实时数据通信,以及实施复杂的监测和控制系统,可以改进病人的整体护理质量,减少护理的费用支��。
CAN总线的应用分析CAN(Controller Area Network)是一种应用于汽车和工业领域的多主控、多从控的串行通信总线系统,具有高可靠性、高带宽和实时性的特点。
在过去的几十年间,CAN总线已经在各种应用中得到广泛应用,并且在未来的发展中有望继续扩大其应用领域。
本文将对CAN总线的应用进行分析。
首先,CAN总线在汽车领域中的应用非常广泛。
在现代汽车中,CAN总线被广泛应用于各种控制系统,如引擎控制单元(ECU)、传感器和执行器控制单元、制动系统、悬挂系统等。
通过CAN总线,这些控制单元可以快速、可靠地进行数据交换和通信,从而实现车辆各个系统的整合和协调工作。
另外,CAN总线还可以用于诊断和故障检测,通过读取和分析CAN总线上的数据,可以及时检测和定位问题,提高维护人员的工作效率。
其次,CAN总线在工业自动化领域也有着重要的应用。
在工厂自动化系统中,CAN总线可以用于连接各种控制设备,如传感器、执行器、机器人等,实现设备之间的数据交换和控制。
通过CAN总线,工业自动化系统可以实现高速、实时的数据传输,从而提高生产效率和质量。
此外,CAN总线还可以用于监控系统,通过读取和分析CAN总线上的数据,可以实时监测设备状态和生产过程,及时发现问题并采取相应措施。
此外,CAN总线还有其他一些应用领域。
例如,CAN总线可以应用于电力系统中,用于监测和控制电力设备的运行状态和数据传输;还可以应用于航空航天领域,用于连接和通信各种航空电子设备;还可以应用于医疗设备中,用于连接和控制各种医疗设备,如心电图仪、血压计等。
总之,CAN总线的应用领域不仅限于汽车和工业领域,还可以扩展到其他领域。
虽然CAN总线有着广泛的应用前景,但它也面临一些挑战。
首先,CAN总线的带宽相对较低,随着汽车和工业设备功能的增加,对带宽的需求也越来越高,这是一个需要解决的问题;其次,CAN总线在数据传输安全性方面还存在一些问题,这也需要加以改进;另外,CAN总线需要额外的硬件支持,如控制器和适配器等,这增加了系统的成本。
CAN总线在铁路设备通信中的应用CAN总线是一种广泛应用于现代控制系统中的实时通信协议。
在铁路设备通信中,CAN总线作为一个高可靠性、高效率、灵活性强、易于维护的数据传输方式,被广泛应用于列车控制、信号系统、故障检测和维护等领域。
下面将详细介绍CAN总线在铁路设备通信中的应用。
一、列车控制在列车控制中,CAN总线用于传输驾驶员与车辆之间的信息,实现列车的行驶、制动、加速等功能。
例如,在某一车站,驾驶员通过操纵杆控制列车的速度,这一信息将被传输到车辆控制单元中,由控制单元对列车进行控制。
CAN总线可以在这个过程中实现快速的数据传输和控制,确保列车的安全、稳定运行。
二、信号系统在信号系统中,CAN总线用于传送轨道的信号信息。
例如,在信号控制设备中,CAN总线可以将轨道的信号状况信息传输给列车控制单元,使列车能够更好地适应信号状态变化,实现对列车的有效控制。
三、故障检测和维护在铁路设备的故障检测和维护中,CAN总线可以用作设备故障诊断的数据传输方式。
通过CAN总线,设备传感器能够及时传输设备运行状况的数据信息,让维护人员能够更加快速准确地检测设备故障,提高维修效率。
四、其他应用此外,CAN总线还可以应用于列车的信息系统、安全监控系统、行车记录器等领域。
例如,列车信息系统需要及时传输列车位置、时间、信息等数据,CAN总线可以保证其实时,并且高效可靠。
总之,CAN总线在铁路设备通信中应用广泛。
CAN总线能够高效、快速、可靠地传输数据,确保铁路运行的安全和稳定,提高设备的效率和可靠性,对于使铁路交通更安全、便捷、高效具有重要的意义。
CANopen总线协议在摊铺机上的应用
李冰;戚建;刘国良;贺尚红
【期刊名称】《建筑机械(上半月)》
【年(卷),期】2003(000)001
【摘要】介绍了CAN总线及基于CAN串行通信应用层CANopen协议的技术特点,并说明在智能摊铺机LTU90A控制系统中的应用.
【总页数】3页(P29-31)
【作者】李冰;戚建;刘国良;贺尚红
【作者单位】三一重工股份有限公司研究院,上海,201206;三一重工股份有限公司,湖南,长沙,410100;三一重工股份有限公司,湖南,长沙,410100;三一重工股份有限公司,湖南,长沙,410100
【正文语种】中文
【中图分类】U415.52+1
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CAN总线在工程机械中的应用一.CAN-bus总线简介:CAN-bus总线是国际上应用最广泛的现场总线之一,最初被设计用作汽车电子控制单元(ECU:Electric Control Unit)的串行数据传输网络,现已被广泛应用于欧洲的中高档汽车中。
近几年来,由于CAN-bus 总线极高的可靠性、实时性,CAN-bus总线开始进入中国各个行业的数据通讯应用,并在2002年被确定为电力通讯产品领域的国家标准。
CAN-bus网络使用普通双绞线作为传输介质,采用直线拓扑结构,单条网络线路可以连接到1。
CAN-bus 网络使用普通双绞线作为传输介质,采用直线拓扑结构,单条网络线路可以连接到110个节点。
当通讯距离不大于40米时,传输速率可达到1Mbps;当使用5Kbps传输速率(收发器PCA82C250/251支持),同一物理网络可达10公里的通讯距离。
CAN-bus总线的适用范围:可适用于节点数目比较多,传输距离在10公里以内,安全性、可靠性要求高的场合;也可适用于对实时性、安全性要求十分严格的机械控制网络。
目前,国内的汽车、电梯行业已是CAN-bus应用的典型领域,工业控制、智能楼宇、煤矿设备等行业也得到了广泛的应用。
二.CAN-bus 总线在工程机械中的应用由于嵌入式电脑、网络通讯、微处理器、自动控制等先进技术的日渐广泛应用,工程机械控制系统的性能和集成度已经有了很大的提高。
而CAN-bus总线由于良好性能,特别适合于工程机械中各电子单元之间的互连通讯。
随着CAN-bus总线技术的引入,工程机械中基于CAN-bus总线的分布式控制系统取代原有的集中式控制系统,传统的复杂的线束被CAN-bus总线所代替:系统中各种控制器、执行器以及传感器之间通过CAN-bus 总线连接,线缆少、易敷设,实现成本低,而且系统设计更加灵活,信号传输可靠性高,抗干扰能力强。
目前CAN-bus总线技术在工程机械上的应用越来越普遍。
专利名称:具有CAN总线接口的摊铺机矩阵按键操作台专利类型:实用新型专利
发明人:卢代五
申请号:CN201120105351.0
申请日:20110412
公开号:CN202157260U
公开日:
20120307
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:一种集成了按键矩阵电路摊铺机操作台。
它是在操作台电路中加入带有CAN接口的
P87C591单片机和矩阵电路组成。
系统采用非编码式键盘,使用P87C591控制器P0和P1口组成行列矩阵。
按键使相应节点接通或断开,通过程序编码后产生相应键值。
有键按下时,矩阵电路将传输键值到P87C591单片机中,单片机经过分析将键值信息通过CAN信号发送到CAN总线上去。
申请人:卢代五
地址:221000 江苏省徐州市青年路九州大厦1322室
国籍:CN
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CAN总线的应用分析CAN(Controller Area Network)总线是一种广泛应用在工控、汽车、航空航天等领域的串行通信总线协议。
本文将对CAN总线的应用进行分析。
首先,CAN总线在汽车行业的应用非常广泛。
现代汽车中的许多系统都采用了CAN总线进行通信,如引擎控制单元(ECU)、制动系统、仪表盘、电子稳定控制系统(ESP)、空调系统等。
CAN总线的高可靠性和实时性使得汽车系统能够高效地进行数据交换和控制。
其次,CAN总线在工控领域的应用也非常普遍。
工控系统中需要将各个设备和节点进行连接和通信,CAN总线作为一种性能稳定的通信手段被广泛应用。
例如,工厂生产线上的各种传感器、执行器、PLC等设备可以通过CAN总线进行数据交换和控制。
CAN总线的高实时性和抗干扰能力使得工控系统能够实现稳定可靠的数据传输和控制。
此外,CAN总线也在航空航天领域得到广泛应用。
在飞机上,各种系统需要进行通信和数据交换,如发动机控制系统、驾驶舱仪表系统、通讯系统等。
CAN总线被广泛应用于这些系统之间的数据传输和协调控制,其可靠性和实时性能够满足对航空航天设备的高要求。
另外,CAN总线在物流、农业、能源等领域也有着重要的应用。
在物流领域,CAN总线可以用于卡车和物流设备之间的数据传输和控制,实现物流操作的智能化和自动化。
在农业领域,CAN总线可以用于农机设备和传感器之间的数据交换和控制,提高农业生产的效率和智能化程度。
在能源领域,CAN总线可以用于电力设备之间的数据传输和控制,实现能源系统的监控和调节。
总之,CAN总线作为一种高可靠性和高实时性的串行通信总线协议,被广泛应用于汽车、工控、航空航天、物流、农业、能源等领域。
它能够满足各种系统之间的数据传输和控制需求,实现系统的智能化和自动化。
随着技术的不断发展,CAN总线的应用领域将更加广泛,并且在各个领域中的应用也将更加深入和成熟。
CAN总线在自动找平控制系统中的应用
王剑波
【期刊名称】《电脑知识与技术》
【年(卷),期】2006(000)012
【摘要】对于沥青混凝土摊铺机自动找平控制系统来说,数字式控制系统的研制是目前的一个趋势.本文主要介绍了一种基于CAN总线的数字式自动找平控制系统.该系统以CAN总线作为通信方式,PWM控制信号通过C8051F040单片机内部的PCA可编程计数器阵列产生.实际应用表明,该系统具有结构简单、信号稳定、实时性强、易扩展的特点.
【总页数】2页(P186,193)
【作者】王剑波
【作者单位】国防科技大学,机器人实验室,湖南,长沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.CAN总线在摊铺机自动找平系统中的应用 [J], 焦生杰;苟伟成
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CAN总线技术及其在工程机械中的应用文章主要分析了作为主流现场总线之一的CAN总线的概念和特点,并阐述了其在工程机械领域的应用,重点介绍了其在摊铺机、挖掘机控制系统中的应用,以及在采矿机械如自助式无人操纵铲运机中的应用前景。
标签:CAN总线;工程机械;摊铺机;挖掘机;铲运机引言随着工程机械各项技术的不断发展,电子技术、计算机技术及智能控制技术越来越广泛地应用于工程机械中,以提高工程机械的操纵性、平稳性、舒适性和工作效率。
工程机械电子控制技术在设备安全、节能环保及改变设备功能等方面发挥着重要的作用,越来越成为工程机械工业发展的主导。
传统的工程机械控制系统由众多传感器、仪表及控制机构组成,加上越来越复杂的工作状态,使得电线数量、种类和节点数越来越多,造成了整机电气设计和制造越来越复杂,布线困难,可靠性下降,故障排除时间越来越长。
CAN总线技术具有成本低、线数少、适用广、灵活性大、信息传输高、特别抵抗干扰等优点,因而被成功地广泛应用于工程机械行业。
1 CAN总线的相关概念和特点CAN是目前国际应用最广泛的现场总线之一,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络,是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称,最早由德国BOSCH公司推出,用于解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议,如今其总线规范已被定为国际标准[1]。
CAN总线特点:(1)支持多主工作方式,网络上任何节点均可以在任意时刻主动向其它节点发送信息,部分主从,通信灵活;(2)支持点对点、一点对多点和全局广播传送数据;(3)采用了独特的非破坏性总线仲裁技术,通过设置优先级来避免冲突,能满足实时性要求;(4)信号传输采用短帧结构,每帧有效字节数为8个,因而传输时间短,且每帧信息均具有故障自我检测、诊断和自动关闭功能,使总线上其他节点通信不受影响,数据出错率极低,可靠性高,具有较强的抗干扰能力;(5)通讯距离最远可达10km/5Kbps/s,通讯速率最高可达40m/1Mbp/s,网络节点数实际可达110个,传输速度快,传送信息量大;(6)通过传输总线链接各个控制计算机,可以减少导线数量和连接端子,从而减轻整车质量和故障概率提高车辆的可靠性及安全性。
CAN总线的应用CAN总线在组网和通信功能上的优点以及其高性价比据定了它在很多领域有宽阔的应用前景和进展潜力。
这些应用有些共同之处:CAN 实际就是在现场起一个总线拓扑的计算机局域网的作用。
不管在什么场合,它负担的是任一节点之间的实时通信,但是它具备结构简洁、高速、抗干扰、牢靠、价位低等优势。
CAN总线最初是为汽车的电子掌握系统而设计的,目前在欧洲生产的汽车中CAN的应用已特别普遍,不仅如此,这项技术已推广到火车、轮船等交通工具中。
1.CAN总线技术的应用:国外知名汽车基本都已经采纳了CAN总线技术,例如沃尔沃、林肯、奥迪、宝马等,而国内汽车品牌,例如奇瑞等公司也已经有几款车型应用了总线技术。
CAN总线技术就是通过遍布车身的传感器,将汽车的各种行驶数据发送到“总线”上,在这个信息共享平台上,凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息,从而使汽车的各个系统协调运作、信息共享、保证车辆平安行驶、舒适和牢靠。
一般来说,越高档的车配备的CAN_BUS 数量越多,价格也越高,如途安、帕萨特等车型当中都配备了多个CAN总线。
2.汽车CAN总线节点ECU的硬件设计:汽车CAN总线研发的核心技术就是对带有CAN接口的ECU进行设计,其中ECU的CAN总线模块由CAN掌握器和CAN收发器构成。
CAN掌握器执行完整的CAN 协议,完成通讯功能,包括信息缓冲和接收滤波。
CAN掌握器与物理总线之间需CAN收发器作为接口,它实现CAN掌握器与总线之间规律电平信号的转换。
3.CAN总线在国内自主品牌汽车中的应用:由于受成本掌握、技术实力等因素的限制,CAN_BUS总线技术一般都消失在国外高端汽车,在A级及以下级别车型当中,该项技术大多消失在合资品牌当中,如POLO、新宝来等。
在自主品牌中,采纳CAN总线技术的车型中很少,风云2则是其中的代表车型。
风云2 CAN总线技术,可以实现发动机、变速箱、ABS、车身、仪表及其他掌握器的通讯,做到全车信息准时共享。
新型摊铺机智能控制器的设计与应用摘要:摊铺机控制器是摊铺机工作的操作中心,控制着摊铺机的发动、行走、送料、找平、摊铺等动作,并通过各种仪器仪表显示整机的工作状态,是操控和监视摊铺机工作的平台。
开发先进的智能控制器能大大提高摊铺机整体自动化水平和档次,目前国外许多知名品牌摊铺机厂家如ABG,戴纳派克等,都推出了带有智能控制器的摊铺机。
关键词:摊铺机;智能控制器;设计应用1CAN总线网络拓扑结构摊铺机控制系统包括摊铺机行驶系统、发动机电控系统、送料系统、自动找平控制系统、显示及报警系统、通信系统等。
为了提高系统的可靠性以及机器整体的自动化水平,采用了基于CAN总线的多CPU控制全电子控制系统,从而使智能控制器、送料控制、运动控制等都成为一个节点连接在CAN总线上,该系统结构图如图1所示.2智能控制器硬件设计智能控制器中微处理器采用PIHIPS带CAN控制器的8位单片机P87C591,该单片机支持CAN2.OB通信协议,具有6路复用模拟输入的10位ADC变换器和片内看门狗定时器,以及带字节主从功能的IzC总线串行I/O口。
P87C591具有CAN 的扩充特性,其中包括增强型验收滤波器,支持系统维护、诊断、系统优化以及接受FIFO特J哇。
以P87C591为核心的智能控制器硬件结构如图2所示。
智能控制器硬件具有如下的功能和特点。
1)控制器带有CANBUS接口,可与CAN总线上的其他节点进行CAN通信。
另有一路RS232C串行端口,可与PC机通信。
控制器可根据需要被放置在摊铺机的任何位置,使用CANBUS技术后使得原来需要50根出线的控制器现在只要5根线就可以了。
2)电位计控制信号(模拟信号)输入电路包括一个6输入模拟多路复用器(C6AI)和一个10位标准二进制逐次逼近式ADC。
另有2路开关量输出(C2D0),用于电磁阀控制。
3)高亮显示的LED能直观显示当前的工作状态。
为使硬件电路简单,节约P87C591的I/O口,LED接口电路采用三片串行输入并行输出的移位寄存器74LS164进行扩展,驱动24个LEDo4)CAN收发器采用高速收发器TJA1040}分别为总线和CAN控制器提供差动的发送和接收功能。
基于CAN总线的摊铺机行走智能控制系统
邵善锋;耿丽清;吴国祥
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2008(024)028
【摘要】CAN总线是一种先进的现场总线,支持分布式控制.本文介绍了一种基于CAN总线的摊铺机行走智能控制系统,该系统采用集成了CAN总线通讯模块的EPEC200系列嵌入式控制器和GRAF显示器为硬件平台,实现了摊铺机摊铺过程中的恒速控制和平滑转向控制,实现了整机运行状态参数的实时监控和故障报警.该控制系统已经成功地应用于WT系列摊铺机中,在实际的摊铺过程中表现出了良好的工作稳定性和可靠性.
【总页数】3页(P126-127,153)
【作者】邵善锋;耿丽清;吴国祥
【作者单位】300384,天津,天津工程机械研究院,智能控制研究室;300222,天津,天津工程师范学院,自动化工程系;300384,天津,天津工程机械研究院,智能控制研究室【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.基于DSP的摊铺机行走数字控制系统设计 [J], 耿丽清;郑桐;李静;邵善锋
2.基于CAN总线的沥青混合料摊铺机智能控制技术 [J], 唐玉庆;肖翀宇;吴劲松;宋胜利
3.基于PLC的摊铺机行走控制系统纠偏算法研究 [J], 张利;刘辉
4.基于CAN总线的沥青混凝土摊铺机控制系统数据通信的实现 [J], 吕其惠;蒋波
5.模糊控制在路面摊铺机行走液压系统智能控制系统中的应用 [J], 薛飞;徐宝富;陆敏恂;李万莉
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CAN总线技术及应用详细教程CAN总线技术是一种常用的局域网通信技术,特别适用于在工业领域中的实时控制系统中使用。
它具有高速稳定的通信能力和可靠的错误检测与纠正机制,广泛应用于汽车行业、机器人控制、航空航天等领域。
本文将详细介绍CAN总线技术的基本原理、通信方式及应用场景。
首先,我们来了解一下CAN总线技术的基本原理。
CAN总线是一种基于串行通信的网络协议,采用主从结构,由一个主控节点和多个从节点组成。
它采用差分信号进行数据传输,可以抵抗电磁干扰,并且具有较长的通信距离。
CAN总线使用了CSMA/CR(载波监听多址/冲突检测)协议,通过监听总线上的数据进行通信,避免数据冲突。
此外,CAN总线还引入了CRC(循环冗余检测码)校验,用于检测数据传输中的错误,并且具有错误重发功能,提高了通信的可靠性。
其次,我们来了解一下CAN总线的通信方式。
CAN总线通信主要分为两种方式:数据帧传输和远程帧传输。
数据帧传输是指主控节点向从节点发送具体的数据信息,包括数据标识符、数据长度以及实际数据内容。
远程帧传输则是主控节点向从节点发送请求,要求从节点发送特定的数据信息。
在CAN总线上,数据帧和远程帧通过不同的标识符进行区分,以确保数据传输的准确和高效。
最后,我们来了解一下CAN总线的应用场景。
CAN总线技术广泛应用于汽车行业中的车辆电子系统中,如引擎控制单元、制动系统、车身电子等。
它通过CAN总线连接各个子系统,实现数据的高效传输和实时控制。
在机器人控制领域中,CAN总线也被广泛应用,用于连接各个机器人模块,实现协同控制和数据交换。
此外,CAN总线还可以用于航空航天领域中的飞行控制系统、导航系统等。
总结一下,CAN总线技术作为一种高效、可靠的局域网通信技术,具有广泛的应用前景。
它采用差分信号传输,具有较高的抗干扰能力和较长的通信距离。
CAN总线通过CSMA/CR协议和CRC校验,实现了高效的数据传输和可靠的错误检测机制。
基于CANopen协议的摊铺机控制系统研究的开题报告摘要:摊铺机是一种用于道路建筑的机械设备,具备高精度和高效率的特点。
为了提高摊铺机的自动化、智能化和易用性,本文基于CANopen协议设计了一种摊铺机控制系统。
该系统使用CAN总线连接了摊铺机的所有传感器和执行器,可以实现远程监控和控制。
本文将介绍CAN总线的基本原理和CANopen协议的特点,讨论摊铺机控制系统的硬件和软件设计,提出了一种基于PID算法的控制方法,最后通过实验验证了该系统的性能。
关键词:摊铺机;CANopen;控制系统;PID算法一、研究背景及意义道路建筑是现代城市建设的重要组成部分,摊铺机作为道路施工过程中重要的机械设备,在道路建设领域中被广泛应用。
随着社会的发展,人们对道路质量、施工效率的要求越来越高,传统的手工操作方式已经无法满足需求。
因此,研究并开发一种智能、高效、易用的摊铺机控制系统对于提高道路建筑质量和施工效率具有重要的意义。
目前,现有的摊铺机控制系统主要采用单片机或微处理器作为控制芯片,使用模拟量输入、输出方式进行参数控制,缺乏系统的集成度以及相互之间的互通性,难以实现远程控制和监控。
而CANopen总线技术具有可靠性高、传输速度快、可扩展性好等优点,在工业控制领域得到了广泛应用。
因此,使用CANopen技术来设计摊铺机控制系统具有非常重要的意义。
二、研究内容本文将基于CANopen协议设计一种摊铺机控制系统,实现远程控制和监控。
具体研究内容包括:(1)CAN总线的基本原理和应用特点:介绍CAN总线的基本原理,包括物理特性和通信协议,掌握CAN总线在工业领域的广泛应用和发展趋势。
(2)摊铺机控制系统的硬件设计:根据摊铺机的实际需求,设计相应的传感器和执行器,选取相应的通信芯片和处理器,搭建CAN总线通信模块,实现传感器和执行器的数据传输和控制。
(3)摊铺机控制系统的软件设计:根据CANopen协议的特点,设计相应的通信协议,实现摊铺机控制系统的各个模块之间的数据通信和功能实现。
基于CAN总线的沥青摊铺机智能控制系统研究的开题报告摘要:随着物联网技术的发展,越来越多的设备和系统实现了互联互通,为工业自动化和智能化建设带来了新的机遇和挑战。
作为道路施工中重要的设备之一,沥青摊铺机的智能化控制系统在实现高效、准确施工方面具有重要作用。
本文基于CAN总线技术,设计了一种沥青摊铺机智能控制系统。
首先,介绍了CAN总线通信原理及其在工业控制中的应用;然后,分析了沥青摊铺机的结构和工作原理,阐述了智能控制系统在提高施工质量和效率方面的优势;最后,就系统的硬件设计和软件实现等方面进行了详细的论述。
关键词:CAN总线;沥青摊铺机;智能控制系统;硬件设计;软件实现。
一、研究背景在现代道路建设中,沥青摊铺机是施工中不可或缺的设备。
传统的沥青摊铺机需要人工控制,存在误差大、效率低等缺陷。
随着计算机控制技术的不断发展,沥青摊铺机智能化控制系统的研究成为了当前的研究热点。
CAN总线是一种用于工业控制的数据通信协议,具有通信稳定、传输速率高等优点,被广泛应用于机械设备的控制系统中。
因此,本文选用CAN总线技术设计沥青摊铺机智能控制系统,旨在提高施工质量和效率。
二、研究内容本文的主要研究内容包括以下几个方面:(一)CAN总线通信原理及其应用介绍CAN总线通信原理,包括帧格式、速率控制、错误检测等内容。
说明CAN总线在工业控制中的应用,包括控制系统建设、数据采集与传输等方面。
(二)沥青摊铺机的结构和工作原理分析沥青摊铺机的结构和工作原理,包括供料系统、混合系统和铺装系统等组成部分。
阐述智能控制系统在提高施工质量和效率方面的优势。
(三)智能控制系统的硬件设计基于STM32F407芯片设计智能控制系统的硬件部分,包括CAN总线模块、控制模块、传感器模块等。
为系统的软件实现提供基础。
(四)智能控制系统的软件实现利用Keil μVision软件进行智能控制系统的软件编写,实现对供料、混合和铺装的控制;完成数据采集、处理以及通信等功能。
C166 CAN总线及其摊铺机中的应用研究摘要:本论文主要针对摊铺机控制系统的功能要求和工况,通过查阅大量资料和实验手段,详细比较研究了西门子16位单片机C166及其CAN(Controller Area Network)总线,对CAN总线和RS485总线进行了分析比较研究,明确指出在摊铺机控制系统中更适合采用CAN总线通信方案的研究结论.本文为解决摊铺机控制系统的CAN总线通信问题,作为技术储备,着重研究了C166系列的XC164CS的CAN总线协议(包括协议分层,报文格式),CAN控制器内核(包括TwinCAN控制器对数据信息的处理),中断方式下的CAN总线通信程序设计等;介绍了在DAVE开发平台XC164CS的软件开发技术;模仿设计XC164CS的仿真开发器;设计开发了摊铺机控制系统XC164CS CAN总线通信实验模型(包括开关量输入输出通道,模拟量输入输出通道,控制电磁阀的PWM输出通道等).通过系统联机调试说明,该实验模型作为研发平台可以满足进一步设计摊铺机控制系统的需要.关键字:XC164CS;CAN总线;摊铺机控制系统C166 CAN bus and its application study in the paverAbstract :The thesis talked clearly about Siemens 16 one-chip computers C166 and CAN (Controller Area Network ) bus, and made the comparative research between CAN bus and RS485 bus. We did all the work in allusion to the function requires of the paver control system and the working environment. We finished the work through consulting a large number of materials and experiment means. In this thesis, it pointed out that it was better to achieve the control function of the paver with Communication scheme of CAN bus clearly.In order to solve CAN bus communication problem of the paver control system, the thesis studied CAN bus protocol of XC164CS of C166 series emphatically (including layer of the protocol and form of message object ) , CAN controller kernel (including TwinCAN controller's treatment to information of the data ) , program design under interrupting mode for the CAN communication. All these were just for the technological reserve. The thesis also introduced the software development technology of XC164CS of DAVE developing platform and designed the artificial development device of XC164CS imitating; Besides ,in the paper, it developed the control system XC164CS CAN bus communication experimental model of the paver (including figure amount input and output channel , analog input and output channel , PWM output channel used for controlling the electromagnetic valve etc).After debugging the program on associated one-chip computer, it improved that this experimental model could be the developing platform for the further design of the paver control system..Key words: XC164CS;CAN fieldBus;control system for paver目录第一章绪论1.1课题背景,目的及意义1.1.1课题的背景本课题来源于新津新筑路桥设备有限公司的"全自动摊铺机控制系统研制"课题,属于科研横向课题的子课题.随着计算机技术和信息技术的飞速发展,带来了自动化系统结构的变革.工业过程控制系统逐渐由集散型控制系统(DCS)向全数字的现场总线控制系统(FCS)方向发展.分布式的现场总线控制系统比集散型控制系统更好地体现了"信息集中,控制分散"的特点.现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式,双向传输,多分支结构,开放式的通信网络,是现场通信网络和控制系统的集成,它所连接的智能化现场设备包括智能压力,温度,流量传感器,单回路,多回路控制器,以及控制阀门的执行器和电动马达等.目前,主要的现场总线有:基金会现场总线FF(Fieldbus Foundation);过程现场总线ProfiBus(Process Field Bus);ControlNet/DeviveNet;CAN等.其中CAN总线以其通信速率高,传输距离远,可靠性高,连接方便和高性价比等优点,CAN的应用范围遍及高速网络到低成本的多线路网络,已由汽车电子领域扩展到了过程控制,自动化仪表,数控机床等领域,尤其在汽车电子,工程机械等领域得到了广泛应用.同时摊铺机也逐步向自动化和智能化方向发展.随着计算机技术,机器人技术和控制技术的发展,摊铺机的设计逐步向自动化和智能化方向发展.机电一体化和机器人化是工程机械设计将成为未来必然的发展方向. 1.1.2课题的目的及意义本课题主要目的是研究西门子16位单片机C166的CAN总线通信协议及其在摊铺机控制系统中实现CAN总线通信的可行性方案,提出摊铺机控制系统的各控制器及功能模块基于C166CAN总线的通信设计方案,从而解决摊铺机控制系统的数据可靠性传输的问题,并在现有实验条件下制作了CAN总线通信演示实验模型,为摊铺机控制系统的最终研制成功作通信方面的技术储备.1.2论文的主要内容本课题主要是研究的是CAN总线的应用,着重分析,介绍XC164CS上集成TwinCAN控制器的结构,工作过程及其应用;摊铺机上基于CAN总线数据传输的方案的设计,其中就包括了摊铺机上数据采集系统部分的软,硬件设计,数据采集包括数字量的采集和模拟量的采集,还有摊铺机上部分部件的驱动和控制电路设计.数据的传输是本课题研究的核心,系统采用当前广泛用于汽车工业,工业过程控制领域的现场总线CAN,达到数据实时,可靠传输的目的.以下各章节的主要内容:第二章摊铺机控制系统的总体方案设计.该章节首先对摊铺机作了简单的介绍;然后根据摊铺机上各部分所要实现的功能,提出了一个摊铺机的控制方案,并给出了控制框图.第三章CAN总线协议,对CAN总线协议进行一个概述,并对集成在CX164CS中的双CAN控制器作详细的介绍.第四章主要讲述摊铺机控制系统单元模块设计,包括了微控制器的选择,输入输出通道的硬件设计,摊铺机上数据传输方式的选择及其实现.第五章系统的程序设计,主要对数据采集的程序设计及数据传输的程序设计过程,流程图作详细的说明.第六章系统的调试及性能指标,对系统的调试过程及在调试过程中所遇到的问题作一个简要的说明;测定系统的性能指标.第二章摊铺机控制系统总体方案设计2.1摊铺机工作过程简介摊铺机是用于铺筑路面的工程机械,是一种非常重要的路面施工机械.自动摊铺机主要有机械主体,液压系统和电控系统组成.机械主体部分主要由车架主体,行走系统,输料/分料系统,振动振捣系统,熨平装置及其一些辅助系统几部分组成;液压系统主要由液压泵,油阀,油缸,液压马达,油管,油箱等构成;电控系统是摊铺机的核心控制部分,主要由控制器,传感器,执行机构,CAN总线通信接口,人机接口及操作台构成.摊铺机的工作过程描述如下,首先运输装载机将铺路原料运输到摊铺机的前方,将铺路原料到入到摊铺机的料斗中,原料通过料斗下方的左/右输料带将原料运输到摊铺机的后方,铺路原料落到分料架上,螺旋分料器旋转将堆放在分料架中央的铺路原料横向铺开,使之均匀的分布在要摊铺的路面上;然后由振动振捣系统将原料捣实.最后由熨平装置将初步捣实的铺层加热熨平.为了提高预压效果,摊铺机的熨平装置上还装有加热器,用来加热熨平装置中熨平板的底部,使之不与沥青混合料相粘,保证铺层平整,以便在较低温度下也能正常施工.摊铺机开过后,等摊铺的原料冷却,铺路的过程就完成了.2.2摊铺机控制系统总体方案设计摊铺机的整个控制系统分为人机交互模块和测控模块构成,两大模块之间通过CAN 总线连接,人机交互模块可以向测控模块通过CAN下发命令,测控模块也可以向人机交互模块上传摊铺机各部件的运行状态.摊铺机控制系统的总体方案框图如图2-1所示.人机交互模块中主要包括了交互CPU和控制面板.控制面板是操作人员与摊铺机之间的交互平台,负责主要控制命令的发出和状态信息的显示.面板上的控制量大多为开关量输入以及少量的电位器输入,主要包括控制电源的启动/停止,车体行驶的方向和速度控制,左右输分料装置的自动/手动控制,振捣器的操作以及熨平加热装置的控制等等.这些信号的输入大多为开关量输入,输入的方式是信号通过滤波和隔离后进入相应的CPU;对于控制面板上少量的模拟量输入可以通过滤波后进入相应的CPU的A/D转换器.控制面板上还设有小键盘,主要用于提供辅助功能(例如微调信息)以及故障诊断信息的输入等等,通过扫描键盘将按键状态输入交互CPU,与LCD显示屏配合使用.控制面板状态信息显示采用指示灯与LCD显示屏相结合的方式.测控模块主要负责被控对象输入信息的采集和输出信息的控制.信息的输入包括了模拟量的输入和数字量的输入;信号的输出包括了模拟量的输出,数字量的输出及PWM的输出.为了提高模块的抗干扰性能,提高系统的可靠性,采用强电部分与弱电部分分开设计的设计思路.测控CPU作为数字电路部分核心,其他CPU外部的信号输入都要经过处理才能进入CPU,开关量的输入要经过滤波,变换,隔离;模拟量的输入要经过滤波,隔离放大.信号的的输出包括了数字量的输出和PWM的输出,数字量,PWM 的输出都要经过隔离,驱动放大.为了进一步提高系统的可靠性,将测控模块分为了5个子模块,他们是:行走系统子模块,输料/分料系统子模块,振动/振捣系统子模块,找平/大臂子模块,辅助系统子模块,子模块与子模块之间通过CAN总线连接,实现子模块之间数据的交换,协调的控制摊铺机的运行.分模块设计方案,可以在开发过程中做到分工明确,几个模块同时进行开发,可以缩短开发的周期.分模块设计的方法将使系统出现故障的几率分散开来,当一个子模块出现故障时,不会影响到其他模块的正常工作,提高了系统的可靠性;也有利于系统的维护和维修.2.3 摊铺机控制系统微控制器的选择控制系统中的微控制器一般采用单片机.单片机的种类有8位(如:ATMEL公司的AT89C51),16位(Infineon公司的XC164CS),32位(Philips的ARM2294).在摊铺机上要选择什么样的单片机,一般要考滤单片机的运行速率,单片机的运行速率关系到摊铺机控制的实时性;单片机内部存储器的大小及其可扩展性;是否有丰富的外围资源,单片机丰富的外围资源将为产品的开发带来便利;更重要的是单片机是否适合摊铺机的工作环境的需要,是否能在摊铺机的工作环境中安全,可靠的运行;是否有与单片机相配套的开发装备(如:开发板,程序开发软件,程序编译软件)等.XC164CS是源于C166微控制器家族的新产品,它采用了增强的C166S V2内核架构.其引脚图如图2-2所示.(1)主频可以达到40MHZ,具有5级流水线,单时钟周期指令执行,25ns 的指令执行时间,25ns 的16*16 位乘法执行时间,零周期跳转执行,单周期乘法,累加指令,这些都奠定了XC164CS具有强大的运算处理能力的基础图2-2 XC164CS引脚功能图(2)高性能的片上ROM/FLASH 内存,在XC164CS中有2KB 双端口RAM,用于变量,寄存器组,系统堆栈(无代码);2KB 附加高速数据SRAM (无代码),用于变量和用户堆栈;2KB 快速SRAM,用于数据和代码128KB 先进的程序Flash 存储器,用于指令代码和常数.外部还可以扩展4片64K的外部存储器.(3)多达79 条具备独立位寻址功能的IO线,可编程的IO口驱动特性;功能强大的集成外设,在片上集成有14路的高速,高分辨率的A/D模块,至少8路的PWM输出,双CAN控制器(TwinCAN)等.(4)宽的温度范围,XC164CS的温度范围在-40℃到+125℃之间;具有极好的稳定性和抗干扰能力,被广泛的用于汽车电子行业.(5)开发软件有KeilC166,Infineon的可视化的程序开发软件,能生成KeilC166支持的程序代码,方便了软件的开发过程,缩短了软件的开发周期.以上所述可见,XC164CS非常适合摊铺机控制系统.本文在测控系统模块的每一个子模块用一块XC164CS作为测控节点机;在人机交换模块中用一块作为交互CPU.2.4 摊铺机控制系统通讯方案设计摊铺机控制系统中的通讯,用于模块与模块之间的数据交换,要求数据传输的实时性和可靠性.以前常用的数据传输的方法是RS-485总线,但是随着上世纪80年代CAN 总线的提出,CAN总线就以其传输速率高,传输距离远,检错能力强等优点得到了更为广泛的应用.2.4.1 CAN总线与RS-485总线比较CAN总线和RS-485总线都采用差分传送数据,都具有较强地抗干扰的能力,但是相比较而言,CAN总线比RS-485总线具有更多的优越性.现将RS-485总线与CAN总线的比较如下:(1),传输的速率RS-485传输的从理论上来说可以达到10Mbps,但是RS-485总线在实际的应用中一般通过一块驱动芯片(如:75176)连接在单片机的串口上使用,这就受到了单片机串口通讯的最大波特率及驱动芯片的限制,一般在通讯中使用的波特率为9600bps,在XC164CS中波特率可以达到115200bps;而CAN总线就没有这方面的限制,其最大的波特率可以达到1Mbps,此时传输的距离小于50米.(2),传输的距离由于RS-485和CAN总线都采用了差分传输的方法,传输的距离都较远.但是他们传输的距离都受到其通讯速率的影响.RS-485总线的传输距离最大可以达到1200米(此时传输的速率应该应该小于100Kb/s).与RS-485总线相比,CAN总线传输的距离更远,其最大的传输距离可以达到10Km,此时传输的速率小于5Kbps.(3),工作方式RS-485总线采用的是主从工作方式,在总线上只能允许一个节点处于发送状态,其他节点处于接收状态,如果总线上有两个节点同时处于发送状态时,将会导致通讯紊乱;而CAN总线所采用的是多主从工作方式,也就是说在CAN总线上,只要总线处于空闲状态时,任何一个节点都可以向总线上发送数据,当有两个或两个以上的CAN节点同时向总线上发送数据时,CAN总线将根据总线总裁机制,判断信息帧中的标识符的大小,标识符为最小的CAN节点将获得总线的控制权.这样就有效的解决了总线信息冲突的的问题.(4),可靠性在RS-485总没有接收滤波,没有出错标记,如果要实现这些功能,就要在程序中进行处理,这样增加了程序的复杂性.在CAN总线上具有接收滤波,接收节点只接收与自己标识符相一致的信息(要考虑接收屏蔽寄存器的值);并且检错的能力,在CAN控制器中还有错误计数器,当传输过程中传输出现错误时,可以通知发送节点重发.(5),能连接的最大节点数在RS-485总线上最多可以连接32个驱动器和32接收,一般一块RS-485的驱动芯片中集成有一个驱动器和一个接收器(如:75176 ),也就是说,在总线上最多可以连接32个节点.在CAN总线上,采用29位的扩展帧时,理论上节点数是不受到限制的,但是实际最大节点数只能达到达110个.(6),成本在RS-485总线中,不需要使用实现协议的芯片,只需要一块接口转换芯片,结构简单.在CAN总线上要使用实现协议的CAN控制器和接口转换芯片CAN收发器,与RS-485总线相比,CAN总线更为复杂,成本更高.2.4.2 通讯方案确定由以上比较可知:CAN总线比RS-485总线传输的速率更高,传输的距离更远,可靠性更强,可以连接的节点数更多,并且CAN总线采用多主从方式工作,更是RS-485总线不能及的.鉴于在摊铺机上的数据通讯要求数据传输的实时性和数据传输的可靠性,本系统采用了CAN总线用于数据传输.2.5小结本章对摊铺机作了简单的介绍及其工作过程.根据摊铺机的输入,输出信号设计了摊铺机控制系统的总体方案,并作出了他的结构框图位后面摊铺机单元模块的设计工作奠定了基础. 选择并确定了微控制器,选择XC164CS为控制器;选择了通讯的方式,鉴于摊铺机上要实现数据实时可靠的传输,选取了CAN总线作为数据传输方案.第三章CAN总线协议及XC164CS中的TwinCAN3.1 CAN总线协议概述控制器局域网CAN 为串行通讯协议,是一种现场总线,最早用于汽车内部检测部件与执行部件间的数据通信.能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制.CAN采用多主工作方式;具有实时性强,传输距离远,通讯速率高,检错能力强等优点.使其在不同的领域得到了广泛的应用.从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用CAN.在汽车电子行业里,使用CAN 连接发动机控制单元,传感器,防刹车系统等.3.1.1 CAN总线协议分层根据ISO/OSI 参考模型,CAN可以分为数据链路层,物理层.其中数据链路层又包括了逻辑链路控制子层(LLC)和媒体访问控制子层(MAC).(1)逻辑链路控制子层的作用是:为远程数据请求以及数据传输提供服务,确定由实际要使用的LLC子层接收哪一个报文,为恢复管理和过载通知提供手段.超载通告:如果接收器内部条件要求延迟下一个LLC数据帧或LLC远程帧,则通过LLC 子层开始发送超载帧.最多可产生两个超载帧,以延迟下一个数据帧或者是远程帧.恢复管理:发送期间,对于丢失总裁或被错误干扰的帧,LLC子层具有自动重发送功能.在发送功能完成前,帧发送服务不被用户认可.(2)媒体访问控制子层是CAN协议的核心.其作用就是控制帧结构,执行仲裁,错误检测,出错标定,故障界定.总线上什么时候开始发送新报文及什么时候开始接收报文,均在MAC子层里确定.它把接收到的报文提供给LLC 子层,并接收来自LLC 子层的报文.位定时的一些普通功能也可以看作是MAC子层的一部分.错误检测:错误检测所采取的措施有,监视(发送器对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较);循环冗余检查;位填充;报文格式检查.执行仲裁:CAN总线的工作方式是采用的多主工作方式,这就是说只要总线空闲,任何节点都可以开始发送报文.如果2 个或2 个以上的节点同时开始传送报文,就会出现总线冲突.通过使用了标识符的逐位仲裁可以解决冲突.当具有相同标识符的数据帧和远程帧同时初始化时,数据帧优先于远程帧.仲裁期间,每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较.如果电平相同,则这个单元可以继续发送.如果发送的是一"隐性"电平而监视的是一"显性"电平,那么单元就失去了仲裁,必须退出发送状态.错误的标定:任何检测到错误的节点会标志出损坏的报文.此报文会失效并将自动地开始重新传送.如果不再出现错误的话,从检测到错误到下一报文的传送开始为止,恢复时间最多为31个位的时间.故障的界定:CAN 节点能够把永久故障和短暂扰动区别开来.故障的节点会被关闭. (3)物理层主要是定义信号是如何实际地传输的,因此涉及到位时间,位编码,同步的解释.3.1.2 CAN总线的报文格式在报文中有两种不同格式的帧,不同之处在于他们其标识符的长度不同,具有11位标识符的帧叫做标准帧如图3-1所示,具有29位标识符的帧叫做扩展帧如图3-2所示.在报文传输中由四个不同类型的帧表示和控制.它们是:数据帧,远程帧,错误帧,过载帧.(1)数据帧将数据从发送器传输到接收器.由帧起始(Stsrt of Frame),仲裁场(Arbitration Frame),控制场(Control Frame),数据场(DataFrame),CRC场(CRC Frame),应答场(ACK Frame),帧结尾(End of Frame)构成.其中数据场的长度可以为0.(2)远程帧,要向一总线单元请求发送具有同一标识符的数据帧时就要发送发出远程帧.通过发送远程帧,作为某数据接收器的节点可以初始化通过其资源节点传送不同的数据.远程帧也有标准格式和扩展格式,而且都由 6 个不同的位场组成:帧起始,仲裁场,控制场,CRC 场,应答场,帧结尾.与数据帧相反,远程帧的RTR 位是"隐性"的.它没有数据场,数据长度代码的数值可以为0-8中的任何值.此数值是相应于数据帧的数据长度代码.(3)错误帧,错误帧由两个不同的场组成.第一个场是不同的站提供的错误标记(ERROR FLAG)的叠加.第二个场是错误界定符,如图3-3所示.(4)过载帧包括两个位场:过载标志和过载界定符,如图3-4所示.3.2 XC164CS中的双CAN控制器3.2.1双CAN控制器内核描述在双CAN控制器中包含了两个可以独立操作的CAN节点.CAN节点接收和发送的帧结构都符合CAN 2.0B标准.每一个CAN节点都可以接收或者发送11位标识符的标准的帧和29位标识符的扩展帧.为了优化CAN总线通讯的处理及减少CPU的负担,两个CAN节点共享了双CAN模块的一些资源.双CAN控制器有32个报文,每一个报文都可以独立的分配给两个CAN节点中的一个,每一个信息报文都有一个唯一的标识符,并且有自己的一组控制和状态位.所有报文都可以设置他们的方向,或为发送,或为接收. 设置为发送的报文可以配置成:只要在CAN总线上收到了一个匹配的标识符(考虑相应的全局屏蔽寄存器)的远程帧,就自动的进行发送.设置为接收的报文在请求发送时,可以发送一个远程帧,要求其他的节点发送所需要的报文.每个报文都有独立的发送中断,接收中断和状态位,这样可以使得CPU在检测一个远程/数据帧的接收或发送时,具有极大的灵活性.一般情况下,两个接收滤波的屏蔽是可以编程的,其中一个用于11位的标识符,另一个用于29位的标识符.然而对每一个有效的报文,CPU必须对位XTD(扩展标识符)进行设置,以判断所接受到的数据帧是标准帧,还是扩展帧.双CAN模块包括了几个并行的功能模块,控制性能由这些模块决定.下面分别说明这些单元及其功能.(1)发送/接收移位寄存器Tx/Rx发送/接收移位寄存器Tx/Rx保持填入总线的位数据流,从而可以对整个数据帧或远程帧并行存取,进行标识符的匹配测试,以及将这些帧发送到智能存储器或从智能存储器读出.(2)比特流处理器比特流处理器(BSP)用来控制Tx/Rx移位寄存器,CRC寄存器和总线之间的数据流循序.比特流同时管理错误管理逻辑(EML),及Tx/Rx移位寄存器与智能存储器之间的并行数据流,使得它们的接收,仲裁,发送和错误标识都按照CAN协议进行.(3)循环冗余校验寄存器循环冗余校验寄存器在数据发送之后产生循环冗余校验码(CRC),然后发送出去,用于校验接收报文的CRC码.该CRC码由数据流除以代码成多项式得到.(4)错误管理逻辑错误管理逻辑(EML)用于CAN设备的错误监护.它的计数器,接收错误计数器和发送错误计数器的递增或递减由比特流处理器的命令来决定.根据错误计数器的数值,CAN 控制器设置为主动错误,被动错误和总线关闭3种状态.(5)比特定时逻辑比特定时逻辑(BTL)负责监视总线的输入CAN_RxD,并且按CAN协议来管理总线的位时序.在帧的开始,BTL进行一次"隐性" (recessive)到"主控" (dominant)的总线跳变同步(硬同步).如果CAN控制器本身不能发送一个起支配作用的主控位(重同步),也会进行另一次"隐性"到"主控"的总线跳变同步.比特定时逻辑还提供一个可编程的时间段,用以补偿由于传输引起的延时和相移,并用来规定位定时中的采样点位置.BTL的变成控制由波特率和外部的物理延迟时间决定.(6)智能存储器智能存储器可以提供最多32组报文的存储空间,每组报文数据场的最大长度为8个字节.每个报文有唯一的标识符和一组自己的控制,状态位.在初始化设置后,智能存储器可以在不占有CPU资源的情况下进行发送和接收数据.。
智能控制技术在摊铺机上的应用
智能控制技术在摊铺机上的应用可以更加高效地进行道路施工和改善施工质量。
以下是一些常见的智能控制技术在摊铺机上的应用:
1. 自动坡度控制:智能控制技术可以通过激光传感器或GPS定位系统实时获取道路的坡度信息,并通过控制器调整摊铺机的倾斜角度,以确保道路的坡度符合设计要求,提高道路的平整度和排水性能。
2. 自动厚度控制:传统的摊铺机需要由操作员根据经验和观察来调整摊铺的沥青厚度,而智能控制技术可以利用传感器和控制器实时监测摊铺的沥青厚度,并根据设计要求自动调整摊铺机的沥青供给量,以确保道路的厚度均匀一致。
3. 自动振动控制:摊铺机通常配备振动系统来提高沥青的密实度,但传统的振动控制通常是由操作员根据经验和感觉来调整的。
智能控制技术可以利用传感器实时监测道路的密实度,并通过控制器自动调整振动系统的频率和振幅,以实现更加精确和一致的沥青密实效果。
4. 自动施工记录和数据管理:智能控制技术可以将道路施工过程中的关键参数和数据实时记录和传输到后台管理系统,包括施工时间、坡度、厚度、振动频率等。
这些数据可以用于施工质量的评估和改进,并提供施工过程的可追溯性和合规性。
总的来说,智能控制技术可以提高摊铺机的施工效率和施工质量,减少人为操作的误差,降低施工成本,提升道路的性能和寿命。
第34卷第5期Vol.34No 15 中南工业大学学报(自然科学版)J.CENT.SOUTH UNIV.TECHN OL.Vol.34 No.5Oct. 2003CAN 总线通信技术在LT U90A 智能摊铺机中的应用黄运生1,汤 勇1,吴运新1,陈 学1,戚 建2(1.中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙,410083;2.三一重工股份有限公司,湖南长沙,410100)摘要:采用EPEC2000系列车用微处理器模块,开发了L TU90A 智能摊铺机,实现筑路工程机械自动控制;在通讯硬件平台的支持下,便于筑路机群各机种间通讯和远程故障诊断,有利于提高摊铺机路面施工质量和效率;针对EPEC 车用模块,分析了CODESYS 编程软件的开发、用户程序的设计及系统函数库的调用;利用CAN 总线通讯技术在通讯过程中具有的可靠性、实时性和灵活性的特点,采用CAN 网络结构和CAN2.0B 数据包的定义,将数据传送分为3种发送级别.由于摊铺机工作环境恶劣,为了提高系统通讯的可靠性,在CAN 的MAC 层已具有CRC 校验的基础上,增加一级求和取模校验措施.实践结果表明,CANBUS 系统可靠性高,便于扩充,实时性好.关键词:智能摊铺机;CAN 总线;网络节点;通讯中图分类号:TP202文献标识码:A文章编号:100529792(2003)05205322041 L TU90A 智能摊铺机结构L TU90A 智能摊铺机是路面施工机械的核心设备,其工作环境较为恶劣.为了保证系统工作的可靠性,便于科学管理,提高摊铺路面质量和效率,建立高效、可靠的硬件平台和软件控制系统是智能摊铺机设计的关键环节.L TU90A 智能摊铺机主控模块采用EPEC2000系列模块.EPEC2000系列模块是工程机械专用微处理器,具有防尘、防震、防水、宽温、多点PWM 输出、驱动能力强、各输出点具有短路和过载保护、配有CAN 通讯接口等特点,特别适用于电2液控制系统[1,2].L TU90A 智能摊铺机总体结构框图如图1所示.其自动控制部分包括摊铺机方向、速度、摊铺机输分料控制、自动找平系统、人机交互环节、故障提示及报警、远程通讯和故障诊断系统等.各个子系统之间的参数传输由上位机进行协调.要使摊铺机在恶劣环境下正常、可靠工作,必须保证各子系统可靠而稳定地通讯.图1 总体结构框图收稿日期:2002-12-06基金项目:国家“863”计划项目(2001AA422012)作者简介:黄运生(19492),男,湖南永州人,中南大学副教授,从事现代控制理论及应用、计算机过程控制等方面的教学与科研工作.2 CAN 总线网络结构2.1 CAN 总线技术CAN 总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性,其总线规范已被定为国际ISO11898标准[3].CAN 为多主工作方式,采用非破坏性总线仲裁技术,将节点信息分成不同的优先级,能满足不同的实时性要求;CAN 采用短帧结构,每帧信息均有CRC 校验及其他检错措施,数据出错率极低,可靠性高.图2所示为L TU90A 智能摊铺机控制系统的节点分布图.该系统采用EPEC2000系列微处理器模块和CAN2.0B 通讯协议.系统中各控制模块除完成各自的测控功能外,同时通过CAN 2BUS 总线传送必要的数据或命令,实现测控功能分散、资源共享、集中监视的目的.图2 系统网络节点分布图2.2 CAN 2BUS 通讯的数据结构EPEC 2023或EPEC 2024控制器模块的在板CAN 控制器采用CAN2.0B 协议,支持2种结构的数据帧[4,5],其主要区别在于标识符场的长度不一样,如图3所示.标准数据帧仲裁场由11位标识符和远程发送请求位R TR 组成,扩展数据帧仲裁场由29位标识符、SRR 位、标志位及远程发送请求位R TR 组成.在L TU90A 智能摊铺机中,所传送的数据包需采用大于11位的标识符,故选用CAN2.0B通信协议.根据各种数据在智能摊铺机中的重要程度,其数据传送分为3种发送级别:a.一级发送.这是数据发送的最高级别.对于那些直接影响摊铺机的工作状态、路面施工质量和效率的重要数据,一定要保证数据包准确发送到接收方,同时保证数据包传送周期最短.为保证数据传送的准确性,采用应答2重发制式.当发送机未收到接收机的回答信息时,发送机为接收机重发1次数据;若5次发送均失败,则报警,甚至停机.b.二级发送.采用二级发送的数据中,有蓄电池电压、发动机温度、冷却液温度、机油压力、液压系统的压力等信息.这些数据关系到系统能否安全运行,必须传送成功.二级发送时,仍采用应答2重发制式,发送周期为一级传送周期的3倍;若5次发送失败,则报警,甚至停机.c.三级发送.系统中只用于在上位机上显示的数据都采用三级传送.三级传送的数据按照一定的周期定时发送到上位机,不作应答2重发处理.(a )—标准格式;(b )—扩展格式图3 CAN2.0B 数据帧格式3 软件实现3.1 CODESYS 软件的应用本系统采用3S 公司的CODESYS 编程软件[6].编程语言包括Structured Text (ST ),Instruction List (IL ),Sequential Function Chart (SFC ),Ladder Dia 2gram (LD ),Function Block Diagram (FBD )等.根据每种编程语言的特点,可以在编程中灵活应用,使得程序更加清晰和高效.CODESYS 的1个项目包括程序功能块POUS (Program Organization Units )、变量(VAR )和函数库(L IBS )三大部分,用户主要对POUS 和VAR 进行编程设计,而L IBS 则由服务商提供,也可以由高级用户针对具体需要自行设计.CODESYS 提供了丰富的操作块,包括IEC 运算符、逻辑操作运算符、移位操作运算符、选择操作运算符、比较运算符、数据转换运算符以及数据计算功能块.此外,CODESYS 还提供了大量的库函数,如STANDARD.L IB (标准库文件),J O YFIL T.L IB (手柄控制库文件),MO 2TIONCON TROL.L IB (比例阀控制库文件),PID.L IB (闭环PID 控制库文件)等,满足不同用户的需要.3.2 CAN 2BUS 通讯程序初始化在CODESYS 中主程序都称为PLC -PR G ,只能采用FBD 语言,系统程序分几大功能块,如图4所・335・第5期 黄运生,等:CAN 总线通信技术在L TU90A 智能摊铺机中的应用示[7].图4 PLC PR G 程序结构框图每个初始化程序块都有一个内部变量“boot 2ing ”,它能保证程序循环开始后系统只被初始化1次,当整个系统程序运行完成后,“booting ”变量被重置.第1个初始化模块是I/O 初始化模块,它包括PWM 输出寄存器的重置(若PWM 输出寄存器不被声明,则它可能有1个随机值),输出变量也必须声明赋值,使它们不影响引脚输入的读取.CANOPEN 初始化即CANOPEN 接口的初始化,基本函数是CAN-OPEN-STAR T-IN IT ,它可以对EPEC2000系列的发送与接收进行声明,且同时设定主从模块,或者是加入虚拟模块以增加PDO 个数.所有接收函数必须在发送函数前进行声明,只有当系统模块被重置后,CANOPEN 初始化才能重新启动.若系统中有CAN2.0接口,则要进行CAN2.0接口的初始化,用户必须自行定义.心跳检测则由主模块向总线发出一定频率的信号,然后从总线得到其他各个模块的反馈信息,将其与设定值进行比较,就能够了解其他模块是否正常工作.4 L TU90A 智能摊铺机通讯程序结构在智能摊铺机中某一节点得到1个数据包后[8],利用CAN 的验收滤波功能实现数据的接收或抛弃,只有符合一定条件的数据包才能被该节点接收,否则抛弃,其流程图如图5所示.由于CAN 以多主方式工作,网络上任一节点都可随时主动向其他节点发送数据.CAN 所采用的非冲突性总线仲裁技术解决了总线冲突问题,并以标识符ID 值标定各节点的优先级.ID 值越小,则优先级越高.当多个节点同时向总线发送数据时,优先级较低的节点会自动退出,优先级最高的节点占用总线,向接收节点发送数据.图5 CAN 通讯程序流程图L TU90A 智能摊铺机采用CAN2.0B 通讯协议,其数据包格式如表1所示.表1 数据包格式ID DLC DATA(29位)L分类标志字节有效数据0~6字节校验和在表1中,标识符ID 共29位,其中:ID28~ID23指定此帧的接收点,每位表示1个节点可以广播;ID22~ID19为帧的顺序号,每发1帧数据,顺序号增加1,帧顺序号用于区分不同数据帧与重发数据帧;ID18为应答标志位,1表示应答,0表示不应答;ID17~ID15为指定此帧数据的发送节点,0~5分别代表各节点模块;ID14~ID0为空缺,未使用;L 表示每帧数据的长度,最长为8个字节;分类标志字节为每帧索引字节.考虑到智能摊铺机工作环境恶劣、复杂,为了提高系统通讯的可靠性,在CAN 的MAC 层已具有CRC 校验的基础上,本系统中再增加1级求和取模校验措施.每帧最后1个数据字节存放校验和.其值・435・中南工业大学学报(自然科学版) 第34卷是之前所有数据之和再对256取模所得的值.各节点以相同方法计算校验和.若校验和正确,则将数据包压入接收队列,否则抛弃该数据包.5 结 论a.摊铺机是路面施工的重要设备,其工作环境恶劣,选用EPEC2000系列车载专用模块为摊铺机建立一个高质量的硬件平台,是保证智能摊铺机可靠工作的关键环节.b.EPEC2000模块具有在板CAN 接口.本系统采用CAN2.0B 通讯协议,CAN 总线具有较高的可靠性、实时性和较强的灵活性,有利于各节点间可靠地通讯而互不影响.c.CAN 总线具有广播和组播的功能,使智能摊铺机功能分散、集中监视、危险分担,有利于提高摊铺机作业效率和路面施工质量.参考文献:[1] Rocke D J.Control system for automatically controlling a work im 2plement of an earthworking machine to capture material [P].U 2nited States Patent :5528843,1994207220.[2] Peyret F ,J urasz J.The computer integrated road constructionproject [J ].Automation in Construction ,2000,(9):4472461.[3] 阳宪惠.现场总线技术及应用[M ].北京:清华大学出版社,1999.[4] 邬宽明.CAN 总线原理和应用系统设计[M ].北京:北京航空航天大学出版社,1996.[5] 瞿 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.In allusion to EPEC vehicle 2use modules ,the development of CODESYS software ,the design of user programme and the application of the library of system functions are analyzed.The character 2istics of CAN 2BUS technology in the communication process which is reliable ,real 2time and flexible can be made the best of this project .CAB 2BUS network structure and the definition of CAN2.0B data package are adopted in the communication.According to the importance of every kind of data in the intelligent paver ,the delivery of data can be divided into three kinds of sending levels .Because of the working environment which is abominable ,in this system the sum check should be added which is based on the CRC check on the MAC layer of CAN in or 2der to ulteriorly improve the reliability of the communication of the system.Owing to high reliability ,conve 2nient expansibility and good real 2time ,the CAN 2BUS system can be applied in the field of engineering machin 2ery.Key words :intelligent paver ;CAN 2BUS ;network node ;communication・535・第5期 黄运生,等:CAN 总线通信技术在L TU90A 智能摊铺机中的应用。