基于CAN網絡電機實時監控系統的設計

劉小兵

(湖南汽車工程職業學院，株洲 湖南 412001)

1 引言

隨著生產的不斷擴大，現代化工廠使用的電機也越來越多，而且電機的工作過程序列化，如遇某電機出現故障就會將工廠的生產秩序打亂，造成生產混亂，嚴重時還會出現人員傷亡事故。因此設計一種高效可靠的全局電機控制系統勢在必行。現工廠里一般采用的電機監控網絡有RS485、RS232及USB組網，它們都存在不足之處，例如RS232傳輸距離近、抗干擾能力差，RS485只有主從發送沒有錯誤糾正機能、可靠性能差，USB所帶電機數目少等。本文設計的基于CAN總線組網的電機實時監控系統就能很好的克服這些不足，它的可靠性能高、實時性強以及組網靈活等優點。

2 系統總體結構

LPC2119是系統的核心由部分，它取樣電機的運行相關數據，對數據進行分析。將采集到的電機運行數據通過CAN總線傳送到監控中心，使監控中心能實時掌握電機的運行狀態，監控中心也可以通過CAN總線傳遞控制信息，實現雙向交流信息。除了監控中心與控制裝置間進行信息傳遞外，控制裝置之間也可以進行信息交換，這有利于生產過程中控制各節點電機的運行速度，達到全局諧調運轉。電流信號采集主要是對電機的運行電流大小取樣，判斷電機是否有短路情況發生。電機測速電路主要取樣電機的運轉速度，并通過逆變脈沖輸出電路來調節電機的轉速，達到電路運轉速度的可調目的。

3 主要電路模塊介紹

LPC2119微處理器自身帶有CAN控制器、AD轉換和PWM脈沖調節電路，所以在電路使用上合理分配，充分利用LPC2119的自身資源達到節省電路成本目標，下面我們將幾個主要的電路作介紹。

圖1 系統結構圖

3.1 電流采樣電路模塊

在電流信號采集電路用電流互感器對電機中流入的電路進行取樣，取樣的信號送到圖2中的IN端進行電平轉換，成為適合 LPC2119的輸入信號，再從LPC2119的AD端口輸入。

圖2 電流信息處理電路

3.2 CAN接口電路模塊

微處理LPC2119中自身帶有CAN總線控制模塊，CAN數據控制都由LPC2119內部完成，LPC2119的P0.23和P0.24是CAN輸入輸出端。外接電路主要是6N137和82C250兩集成電路，其中6N137進行光電路隔離，接高電路的抗干擾性能。82C250完成CAN數據的收發。

圖3 CAN接口電路

3.3 電機測速電路模塊

電機在運轉過程中通過霍爾元件對電機速度進行取樣，在電機的旋轉軸部件上加一個磁性物體，當磁性物體經過霍爾元件時，霍爾元件就會產生一個電信號，再通過電路的放大與整形就可以得到一個脈沖信號，經過軟件對脈沖的周期進行測試就可以得到電機的轉速。

3.4 逆變控速電路模塊

LPC2119從PWM引腳產生調寬脈沖經過SN74LVC4245轉換送到電機控制電路控制電機轉速，PWM輸出不同的脈沖寬度就可以控制電機的不同轉速，具體電路如圖4所示。

圖4 逆變控速電路

4 系統軟件設計

軟件開發以uC/OS-II為平臺開發，它的源代碼公開、基于優先級運行的實時操作系統，電機實時監控系統的流程如圖5所示。

圖5 系統流程圖

5 結速語

本系統由LPC2119為核心控制器件，自身帶有CAN控制模塊使設計電路簡單實用，而CAN總線在工廠里組網能提高系統的抗干擾能力，使系統工作穩定高效，網絡傳輸速度快能及時快速的知道電機運行情況，預防電機事故發生。并通過CAN總線對各電機進行參數設計，節省企業的物力財力，該系統的應用前景非常廣泛。

［1］張培仁，杜洪亮.CAN現場總線監控系統原理和應用設計技術［M］.合肥:中國科學技術大學出版社，2011.06.

［2］李真花，崔健.CAN總線輕松入門勾實踐［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2011.01.

［3］來清民.手把手教你學CAN總線［M］.北京:北京航空航大大學出版社，2010.09.

［4］劉濤，王宗義，孔慶磊.基于CAN總線的多電機協調運動控制系統研究［J］.機床與液壓，2010，38(3):75－77.