基于ＣＡＮ總線的虛擬測控網絡設計

曾慧敏　江　華　干樹川　方　寧

[摘要]設計一套具有交互式圖形界面的直流電機虛擬測控網絡,它由下位機現場監控、現場總線通信和上位機集中管理三部分組成。該測控網絡具有以下功能:(1)控制現場設備;(2)監視測試過程;(3)記錄、整理并分析測試結果。

[關鍵詞]CAN總線 虛擬儀器 LabVIEW 數據庫

中圖分類號:TP3文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0810050-01

一、引言

目前,許多工廠、學校的實驗室中,現有的常規設備有的已經老化,有的技術上相對落后,而有些需要的功能卻又不具備。實際使用中,技術的更新又會形成對儀器提出新的需求,也造成一些儀器的閑置。這些現象促使我們改革以往的傳統儀器。虛擬儀器的出現較好地解決了上述問題。本文就是在次基礎提出來的一種虛擬測控網絡。

二、設計內容

本系統是對實驗室現有設備直流電機進行控制的,它是由“PC機+CAN總線通信+下位機智能節點+晶閘管整流+直流電機”構成一套完整的虛擬儀器測控網絡。其中,PC機為上位機即主節點,它即要負責接收從站(即下位機)發送來的數據并將電機的各個運行參量實時顯示出來,同時對數據進行存儲和分析,還要根據實際情況進行集中監控并將控制命令發送到從站節點實現對電機的控制。而從節點為帶有各種CAN接口的測控模塊,它主要由單片機和可編程的CAN通信控制器組成,負責將運行時的相關參數通過CAN總線傳送給主站節點。

(一)上位機的監控程序

監控程序實現功能有:系統配置、數據采集與處理、數據庫管理及報表生成與打印。其總體結構圖如圖1所示:

這里監控程序對連接在PC機上的CAN設備進行監控,并且利用這些CAN設備向CAN總線上接收/發送數據,它實質上就是一個CAN節點(主節點)。該程序就是用計算機軟件來代替原有硬件設備實現的功能,這就是虛擬儀器的重要作用。

1.虛擬儀器

虛擬儀器的核心是以計算機作為儀器的硬件支撐,充分利用計算機獨具的運算、存儲、回放、調用、顯示以及文件管理等智能式功能,使之與PC機結合起來融為一體,這樣便構成了一臺從外觀到功能都完全與傳統硬件儀器相同,同時又充分享用了PC機智能資源的全新的儀器系統。其中儀器的按鍵功能、面板和控件都是由軟件形成的。

2.CAN總線通信配置

由于PC上一般不具備CAN接口,所以目前的CAN設備都是通過各種轉接設備與PC機相連接,這里我們采用廣州周立功單片機發展公司提供的微型并口CAN轉換器CANmini。本測控系統同一時間需要監控的參量主要有電機的實時轉速、電流、相位、給定轉速/電流值以及給定的PID參數等。下面從兩個方面分別介紹發送/接受協議。

(1)上位機發送下位機接受的協議

在BasicCAN模式下,CAN總線每幀最多可以攜帶8個字節的數據,字節1(數據源ID)代表本楨數據的來源,即上位機ID。字節2(命令字)代表上位機給下位機發送的命令,如表1所示。當命令字設定為各個參數時對應的數據由字節3、字節4、字節5表示,如表2所示。下位機接受到上位機發送來的數據后,將根據下述各表格決定執行的動作。

(3)下位機發送上位機接受的協議

上位機接受到下位機發送來的數據后將按照此下表3來解析數據。

3.監測監控系統的界面

監控界面只有一個屏,儀器的按鍵功能、面板和控件都是由軟件形成的,所以它就是一個典型的虛擬儀器,監控程序的界面如圖2所示。

(二)建立完整的虛擬儀器測控網絡

下位機智能節點采用直流電機調速系統數字化控制器,結合上位機監控組成一個由“CAN監控程序+CANmini接口卡+CAN總線+CAN智能節點”構成的CAN測試網絡。

(三)采集數據的數據庫管理

直流電機測試系統采集數據是實時地連續采集,而且是采集大量數據。LabVIEW提供許多種文件輸入輸出操作,其存儲數據的空間有限,因此,建立一個和數據庫連接平臺,是十分必要的。本文采用NI公司的Labview Add ODS中的數據庫接口工具包LabVIEW SQL Toolkit直接對數據庫進行訪問,并選擇數據庫Access,從而實現對大量數據的管理與操作。

三、結論

經多次試驗驗證,基于虛擬儀器技術的該測控網絡滿足用戶所要求的各種性能指標,可以大大縮短了試驗周期。并且該系統為其它測試系統開發提供了應用方案,促進了虛擬儀器技術的發展,在工程中可以直接使用。

參考文獻:

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[4]雷振山,LabVIEW 7 Express實用技術教程,中國鐵道出版社,2004.2.

作者簡介:

曾慧敏(1979-),女,河南人,碩士,控制理論與控制工程專業,四川理工學院,助教。