基于LPC2119微处理器的配电控制模块设计

    火箭炮配电箱在火箭炮作战任务完成过程中起着极其重要的作用，它主要对火箭炮的高低和方向调炮及左右千斤顶放列、撤收进行配电控制。目前，火箭炮配电箱使用的控制器件仍是传统的接触器，这类器件触点在切换过程中极容易出现触点发热、粘接、卡死，造成配电动作失败，存在故障隐患时难以发现;同时，配电箱为减小大功率电机启动时的冲击电流，采用串联启动电阻限流的方法，当电机过载时，极易烧坏启动电阻，造成配电箱无法工作，这些问题严重影响了配电箱的可靠使用，直接影响火箭炮作战任务的完成。基于此，亟需改进火箭炮现有配电箱，设计新型智能配电箱来解决现有配电箱存在的问题，使火箭炮配电朝着自动化和智能化方向转变。配电控制模块是智能配电箱的控制单元，本文基于LPC2119设计配电控制模块。

    配电控制模块总体设计

    智能配电箱主要由配电控制模块、智能配电模块、CAN总线通信模块和LIN总线通信模块等组成。配电控制模块是智能配电箱的控制单元，主要负责管理智能配电模块，监控用电负载的运行状态，同时通过双CAN冗余通道与上位机进行数据通信，实现火箭炮配电箱的数字化、智能化管理。配电控制模块结构组成如图1所示，它以嵌入式微处理器LPC2119为控制核心，主要由CAN收发器、LIN收发器、输入接口、输出接口和电源模块等组成。     

    图1配电控制模块结构组成图

    配电控制模块选用ARM7TDMI版本的LPC2119微处理器作为控制核心，该微处理器将许多外围功能集成到了芯片内部，性价比高;选用存储器FM24C64存储智能配电模块的配置参数信息;配电控制模块各种通信接口由专用的接口芯片来负责处理;CAN总线接口主要负责与上位机进行信息交互，LIN总线接口主要负责控制和管理智能配电模块;串口部分主要预留系统升级、信息配置、读取及修改等。

    配电控制模块上电后，从存储器中读取配电箱配置信息，根据信息对智能配电模块进行核对和识别，完成信息分配初始化工作;实时扫描智能配电模块输出电流、电压和温度参数，响应CAN总线显示控制命令，上传配电箱工作状态信息至上位机。配电控制模块主要性能包括：①通讯协议采用CAN 2.0B，具有两路CAN通讯接口，实现CAN总线的冗余备份;②具有LIN通讯接口，通讯协议采用LIN 2.0，实现对所有智能配电模块的控制;③自动识别智能配电模块，进行模块参数自动下载，方便快速更换、维修智能配电模块;④上位机通过CAN总线可以访问配电控制模块，实现对智能配电箱的维护和检修;⑤微处理器通过CAN总线可以上传配电状态参数和配电箱故障信息等。

    微处理器LPC2119选型

    嵌入式微处理器是配电控制模块的核心部件。本文在综合考虑CAN总线和LIN通信要求，以及处理器性价比、功能完善等方面因素的基础上，选择Philips公司的LPC2119微处理器作为配电控制模块的核心。LPC2119是一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI-S核，并带有128K片内FLASH、16K SRAM、双CAN总线控制器、片内Boot装载程序实现ISP和IAP、2个UART通用串口等。LPC2119满足本设计对存储、CAN总线和LIN总线的收发以及参数设置等需求，并且双CAN总线控制器为系统的冗余设计提供了方便，LPC2119将处理器内核与CAN控制器模块集成在一起，增强了该芯片的功能，不仅使CAN总线的通讯具有更高的可靠性，而且在硬件电路设计时不需再考虑选用何种CAN控制器，只需增加CAN收发器即可实现CAN总线通信，简化了硬件结构，降低了成本。

    存储器电路设计

    本设计选用存储器FM24C64存储智能配电模块的配置参数信息，FM24C64是采用先进的铁电技术制造的64K位非易失性存储器。铁电随机存储器(FRAM)具有非易失性，且可以像RAM一样快速读写，数据在掉电后可以保存十年，相比EEPROM或其他非易失性存储器，FRAM具有可靠性高、结构简单等诸多优点。与EEPROM系列不同的是，FM24C64以总线速度进行写操作，无须延时，数据发到FM24C64后直接写到具体的单元地址，下一个总线操作可以立即开始。FM24C64可以支持1万亿次读写次数，是EEPROM的1百万倍。

    FM24C64非易失性铁电随机存储器的特性包括：①工作电压为5V;②动态工作电流为150μA;③总线速度可以达到1MHz;④可以直接替换EEPROM;⑤向上兼容100K和400K总线速度。这些特性使得FM24C64满足配电控制模块非易失性要求，使存储具有更快的写操作速度和更少的系统开销。FM24C64采用工业标准两线接口，8脚SOP封装，操作温度范围为-40℃~+85℃。配电控制模块采用铁电存储器FM24C64(8KB)，主要是作为数据存储器，FM24C64与LPC2119的电路连接如图2所示。     

    图2 FM24C64与LPC2119的电路连接图

    图3 MAX3232与LPC2119的电路连接图