基于CAN总线的步进电动机控制器设计

    黄崇莉

    (陕西理工学院，陕西汉中723003)

    摘要：介绍了一种基于cAN总线技术步进电动机通用控制器硬件设计。该控制器用89c52单片机构成一个步进电动机控制节点，用cAN总线实现控制器和上位机的通信。该控制器具有结构简单、控制方便等特点。

    关键词：cAN总线；步进电动机；通用控制器

    0 引  言

    局域网cAN(controller Area Network)是国际上应用最为广泛的现场总线之一，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。20世纪80年代末由德国Boseh公司为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总线，是现场总线技术中最成熟、最有发展前途的微处理器局域网络。由于它的高能、高可靠性、实时性好以及独特的设计，已广泛应用机械制造、纺织机构、农业机械、机器人、数控机床、医疗器械、建筑物管监控、火车、船舶和传感器等领域。目前我国对cAN总线的应用研究已得到较大的发展，被大量用在工农业监控、电厂测控、火灾报警、变电站控制和煤炭综合控制等方面。

  1步进电动机通用控制器设计

    随着运动控制技术的不断进步和完善，通用运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品，已经被越来越多的产业领域接受，并且达到一个引人瞩目的市场规模。步进电动机作为运动控制系统执行元件之一，具有体积小、容易实现微机控制、控制结构简单，在应用中有利于装置或设备的小型化和低成本，它已经被广泛地用于自动控制系统中作为执行元件并得以不断的发展，其通用控制器有很大的应用场合。目前市场上步进电动机控制器类型较多，但通用性较差，各厂家的控制器与计算机互不兼容，用户选择控制器的范围较小，并且软件对用户不开放。

    为此我们设计了步进电动机的通用控制器。其硬件可以独立于特定的供应商，即用户可以在较大范围内根据自己的系统选择控制器控制形式，结构上采用模块化的拓扑结构和标准化总线接口，即控制系统开发商和用户可以根据自己需要，利用已有模块或按照标准来定义自有模块，模块间通过标准化接口通讯而迅速组建专用控制系统，从而大大提高控制系统的灵活性。步进电动机控制器结构如图l所示，硬件电路如图2所示。

  该控制器采用AT89c52单片机产生脉冲信号和方向信号，单片机内部有一定容量的RAM和ROM，可以满足一路步进电动机的控制要求。如果在以后实际运用中要控制两路电机，实行插补运算，就需要扩展外部RAM和ROM。

步进电动机控制模式采用方向／脉冲控制模式。在方向／脉冲控制模式下，控制一路步进电动机需要两个信号：方向信号和脉冲信号。其中，脉冲信号频率变化较多，变化较快，对信号的质量要求较高，因此，我们选择了从T0脚直接引出，以求能尽量减少信号中间处理环节，减少信号延时，提高信号质量。另外，由于方向信号比较稳定，响应频率要求也不高，所以可以调用数字输出模块里的一根数据线来作为方向信号线使用。环形脉冲分配器采用可控的多功能集成脉冲分配器，在其相应引脚上加不同的控制电平，即可得到不同的控制功能。隔离驱动放大电路采用直流固体继电器，它的核心是由vMOs管和光电隔离两部分构成，VMOs具有极高的输入电阻，前级驱动电流小，输出功率大(电流可达几十安培)，是一种较理想的计算机接口器件，用于步进电动机驱动具有电路简单、可靠、无噪声干扰等优点。

    一个控制器可以控制两路的步进电动机运转，在这里控制器中设计了一路步进电动机控制电路。两路步进电动机控制电路相同，其脉冲信号从T1脚，方向信号都从数字输出模块里引出。

2 cAN总线节点接口电路设计

    为了实现步进电动机与其它控制设备之间通信，必须把步进电动机控制器的输入、输出转换成符合cAN协议的数据标准。为此我们在上述电路的基础上设计了节点接口电路。它主要有AT89c52单片机、cAN总线控制器slJAl000和cAN总线驱动器Philips 82c250芯片组成。其硬件电路如图3所示。

    在实际应用中，环境对电路的影响很大。为减少这些干扰，在设计cAN总线的节点时，通常在电路中使用高速光电耦合器件，如6N137等，使sJAl000的TxO与RX0不直接与82c250的TxD和RxD相连，而