CAN总线是一种能有效支持分布式控制系统的串行通信网络,一方面,其通信方式灵活,可实现多主方式工作,还可实现点对点、点对多点等多种数据收发方式;另一方面,他能在相对较大的距离间进行较高位速率的数据通信,例如在3.3 km的距离内其传输速率可达20 kb/s。我们的系统是由上位机对多台并列的单电源控制系统进行控制管理,单电源的间距在100 m左右,且其必须置于较高的位置,系统之间要进行快速的数据传输,CAN总线能很好的满足该系统的要求。
1 系统总体结构
图1是该集散电源控制系统的结构示意图。
本系统用的是C51单片机,外接CAN控制器SJA1000,他对下面多台下位机传送控制定值,并且在收集下位机送来数据后对其进行分析计算以改变定值。节点CAN1~CAN31(最多可有31台)为各单电源的控制部分,我们采用的是TI公司的TMS320LF2407芯片做主控,其上集成有CAN控制器模块。
其中:CAN0节点是上位机。
2 LF2407及其集成CAN控制模块介绍
LF2407是TI公司推出的定点DSP处理器,他采用高性能静态CMOS技术,供电电压为3.3 V,指令周期可达25 ns,其上集成了包括CAN控制器在内的多个外围模块及存储器,适用于电机及逆变电路的控制。
CAN控制器模块是集成于LF2407中的一个16位外设模块。该模块具有以下特性:
(1)支持CAN2.0B协议,支持标准标识符(11位)及扩展标识符(29位),支持数据帧与远程帧。
(2)配置有6个邮箱,2个接收(0,1号),2个发送(4,5号),2个可配置(3,4号);每个邮箱数据长度为8 B。接收邮箱可进行标识符屏蔽。当标识符位被屏蔽时,在接收数据帧时无须对该位标识符进行校验。
(3)具有可编程的位定时器、中断服务和CAN总线唤醒功能。
(4)能自动回复远程请求,当发送错误或数据丢失时,有自动重发功能。 每个邮箱寄存器包含7个字的信息,与各功能模块控制寄存器相类似,LF2407为其分配了固定的数据存储器地址,例如邮箱0,其寄存器分配如下:
MBX0A~D(4个字的存储空间)地址:7204~7207其中:标识符(按29位设置)在MSGIDnH
的后13位和MSGIDnL中。
3 硬件电路设计及调试
在设计LF2407的CAN通信电路时应注意一个问题,即2407的供电电压为3.3 V,其CAN控制模块输出的高电平也只有3.3 V,与CAN驱动器PCA80C250电平(5 V)不兼容,在设计电路时加隔离光耦时要加以注意。图2所示为下位机侧的CAN通信原理图。
由于TX的输出光耦采用的是射极输出方式,我们的输出光耦应采用6N136(137由于其结构原因不能满足要求),图3是我们进行数据发送时测试得到的R42两端的电压波形(输出10101010…)
由我们对CAN通信控制器的位配置寄存器BCR1的设置可知,每一位数据所占的时间段中,我们的采样点在70%的时间点,在这一点的输出电压必须在额定高低电平的设定值范围内。我们选定R42=5 kΩ,得到以上波形,满足采样点处高电平≥3.5 V,低电平≤1.5 V。 [page]
4 通信协议及软件实现
在系统中,上位机给下位机发送运行定值以及起停信号,并且会定时查询各单机的运行状况以对其状态进行相应的调整。
具体通信过程分为2类:
(1)上位机向下位机传送操作命令及定值,上位机发送的是数据帧。
上位机发送完数据帧后,若下位机收到该数据帧则向上位机发送确认帧,该数据帧发送结束。若发送失败,上位机在等待一段时间后未接收到确认帧,则自动重发该数据帧。
(2)上位机对下位机的运行状态及各种记录定值进行查询,上位机发送的是远程帧。
远程帧中只包含有数据类型而没有数据内容,下位机接到远程帧后,根据上位机要求的数据类型向上位机传送数据。同时等待上位机的确认帧。若未接收到确认帧则定时重发。
在该系统中,以标准帧进行通信,即采用11位的标识符。其各位的定义如下:
ID0~ID4:节点标识,5位的节点标识可使网络能容纳32个节点。
ID5~ID7:数据类型,需要传送的数据种类比较多,上传的数据帧规定了7种类型(包括确认帧),与此对应下传的远程帧有6种类型,而下传的数据帧则有6种类型。需要至少3位标识符来确定数据类型。
ID8~ID10:帧计数,数据量最大的数据类型包含有17字的数据,而每帧最多能传4字,故该类型数据至少需要5帧才能传完。需对数据帧进行计数以对传送数据具体类型进行确定,故至少需要3位标识符来进行确定帧计数。
由于LF2407有专门的CAN模块中断,且在CAN控制模块中设计了专门的CAN中断标志及屏蔽寄存器,可以十分方便地采用中断的方式来启动CAN控制器进行数据的接收与发送。
在进行CAN控制器的设置时,需要先对改变数据请求位CCR进行使能,并在改变后进行复原。值得注意的是,TMS320LF2407中有很多寄存器位是需要通过写“1”来实现清“0”的,还有些位是只能读不能用程序直接改写的,例如:对邮箱中断(包括接收和发送)的标志位MIFn(0~5),在进入中断响应后应将其清除,但该位是只读位,用户程序只有写1到TCR寄存器的TAn位(对发送邮箱)和写1到RCR寄存器的RMPn位(对接受邮箱)才可达到清位目的。
5 实现的功能
通过该通信系统实现的功能包括:定值传送(从上位机传到下位机的数据帧):
(1)对时:具体到时分秒的数据。
(2)运行定值的传输:包括闪络参数(闪络系数KSP,给定火花率SPARK_NUM)、充电参数(给定峰值Up,上升率RISE-NUM,充电时限Ton-max)、放电参数(平均电压Vg,平均电流Ig,放电时间极限Toff-max)。
(3)保护定值:包括开路参数(电压,电流,延时)、短路参数(电压,电流,延时)、欠压电压、延时、过载电流、偏励磁、IGBT温度、油温等。
(4)通道参数:包括一次电流、输出电压电流、IGBT温度、油温、输入电流(三相)、直流电压。
运行定值查询(上位机发出远程帧):包括系统状态、故障记录、运行定值、保护定值、通道系数等。
6 结 语
本系统已经过调试,在我们初制成的单对单系统(上位机带1台控制系统)中,能抗除强干扰,在较大传输数据量的情况下正常工作。
关键字:CAN总线 TMS320LF2407 电源控制系统
引用地址:基于CAN的电源控制系统设计
1 系统总体结构
图1是该集散电源控制系统的结构示意图。
本系统用的是C51单片机,外接CAN控制器SJA1000,他对下面多台下位机传送控制定值,并且在收集下位机送来数据后对其进行分析计算以改变定值。节点CAN1~CAN31(最多可有31台)为各单电源的控制部分,我们采用的是TI公司的TMS320LF2407芯片做主控,其上集成有CAN控制器模块。
其中:CAN0节点是上位机。
2 LF2407及其集成CAN控制模块介绍
LF2407是TI公司推出的定点DSP处理器,他采用高性能静态CMOS技术,供电电压为3.3 V,指令周期可达25 ns,其上集成了包括CAN控制器在内的多个外围模块及存储器,适用于电机及逆变电路的控制。
CAN控制器模块是集成于LF2407中的一个16位外设模块。该模块具有以下特性:
(1)支持CAN2.0B协议,支持标准标识符(11位)及扩展标识符(29位),支持数据帧与远程帧。
(2)配置有6个邮箱,2个接收(0,1号),2个发送(4,5号),2个可配置(3,4号);每个邮箱数据长度为8 B。接收邮箱可进行标识符屏蔽。当标识符位被屏蔽时,在接收数据帧时无须对该位标识符进行校验。
(3)具有可编程的位定时器、中断服务和CAN总线唤醒功能。
(4)能自动回复远程请求,当发送错误或数据丢失时,有自动重发功能。 每个邮箱寄存器包含7个字的信息,与各功能模块控制寄存器相类似,LF2407为其分配了固定的数据存储器地址,例如邮箱0,其寄存器分配如下:
MBX0A~D(4个字的存储空间)地址:7204~7207其中:标识符(按29位设置)在MSGIDnH
的后13位和MSGIDnL中。
3 硬件电路设计及调试
在设计LF2407的CAN通信电路时应注意一个问题,即2407的供电电压为3.3 V,其CAN控制模块输出的高电平也只有3.3 V,与CAN驱动器PCA80C250电平(5 V)不兼容,在设计电路时加隔离光耦时要加以注意。图2所示为下位机侧的CAN通信原理图。
由于TX的输出光耦采用的是射极输出方式,我们的输出光耦应采用6N136(137由于其结构原因不能满足要求),图3是我们进行数据发送时测试得到的R42两端的电压波形(输出10101010…)
由我们对CAN通信控制器的位配置寄存器BCR1的设置可知,每一位数据所占的时间段中,我们的采样点在70%的时间点,在这一点的输出电压必须在额定高低电平的设定值范围内。我们选定R42=5 kΩ,得到以上波形,满足采样点处高电平≥3.5 V,低电平≤1.5 V。 [page]
4 通信协议及软件实现
在系统中,上位机给下位机发送运行定值以及起停信号,并且会定时查询各单机的运行状况以对其状态进行相应的调整。
具体通信过程分为2类:
(1)上位机向下位机传送操作命令及定值,上位机发送的是数据帧。
上位机发送完数据帧后,若下位机收到该数据帧则向上位机发送确认帧,该数据帧发送结束。若发送失败,上位机在等待一段时间后未接收到确认帧,则自动重发该数据帧。
(2)上位机对下位机的运行状态及各种记录定值进行查询,上位机发送的是远程帧。
远程帧中只包含有数据类型而没有数据内容,下位机接到远程帧后,根据上位机要求的数据类型向上位机传送数据。同时等待上位机的确认帧。若未接收到确认帧则定时重发。
在该系统中,以标准帧进行通信,即采用11位的标识符。其各位的定义如下:
ID0~ID4:节点标识,5位的节点标识可使网络能容纳32个节点。
ID5~ID7:数据类型,需要传送的数据种类比较多,上传的数据帧规定了7种类型(包括确认帧),与此对应下传的远程帧有6种类型,而下传的数据帧则有6种类型。需要至少3位标识符来确定数据类型。
ID8~ID10:帧计数,数据量最大的数据类型包含有17字的数据,而每帧最多能传4字,故该类型数据至少需要5帧才能传完。需对数据帧进行计数以对传送数据具体类型进行确定,故至少需要3位标识符来进行确定帧计数。
由于LF2407有专门的CAN模块中断,且在CAN控制模块中设计了专门的CAN中断标志及屏蔽寄存器,可以十分方便地采用中断的方式来启动CAN控制器进行数据的接收与发送。
在进行CAN控制器的设置时,需要先对改变数据请求位CCR进行使能,并在改变后进行复原。值得注意的是,TMS320LF2407中有很多寄存器位是需要通过写“1”来实现清“0”的,还有些位是只能读不能用程序直接改写的,例如:对邮箱中断(包括接收和发送)的标志位MIFn(0~5),在进入中断响应后应将其清除,但该位是只读位,用户程序只有写1到TCR寄存器的TAn位(对发送邮箱)和写1到RCR寄存器的RMPn位(对接受邮箱)才可达到清位目的。
5 实现的功能
通过该通信系统实现的功能包括:定值传送(从上位机传到下位机的数据帧):
(1)对时:具体到时分秒的数据。
(2)运行定值的传输:包括闪络参数(闪络系数KSP,给定火花率SPARK_NUM)、充电参数(给定峰值Up,上升率RISE-NUM,充电时限Ton-max)、放电参数(平均电压Vg,平均电流Ig,放电时间极限Toff-max)。
(3)保护定值:包括开路参数(电压,电流,延时)、短路参数(电压,电流,延时)、欠压电压、延时、过载电流、偏励磁、IGBT温度、油温等。
(4)通道参数:包括一次电流、输出电压电流、IGBT温度、油温、输入电流(三相)、直流电压。
运行定值查询(上位机发出远程帧):包括系统状态、故障记录、运行定值、保护定值、通道系数等。
6 结 语
本系统已经过调试,在我们初制成的单对单系统(上位机带1台控制系统)中,能抗除强干扰,在较大传输数据量的情况下正常工作。
上一篇:对TTCAN的分析
下一篇:基于CAN总线的模拟射击训练系统设计
推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 23:50
基于CAN总线的自动光学检测通信系统设计
在现代工业自动化生产中,涉及到各种各样的检验、生产监控及零件测量、识别应用等环节,然而通常人眼很难连续、稳定地完成这些带有高度重复性和智能性的工作,一般物理量传感器也较难实现这些功能。而利用光电成像系统采集被检测目标的图像,并经计算机或专用的图像处理模块进行数字化处理。与一般图像处理系统相比,自动光学检测更强调精度、速度,以及工业现场环境下的可靠性。因此,这里提出一种基于CAN总线的自动光学检测通信系统设计方案,该系统设计能够满足PCB自动光学检测控制系统的指标要求。
1 自动光学检测通信系统分析
自动光学检测系统具有快速准确、可重复性强以及自动化程度高等特点。自动光学检测技术的出现极大地减轻了人工检测的压力,
[嵌入式]
如何测量CAN总线网络阻抗
在 CAN 应用中,有时会出现我们料想不到的问题,此时,为了准确的排查问题,我们需要通过测量 CAN 总线 网络阻抗 来确定是否满足 CAN 规范。本文将阐述测量CAN总线 网络阻抗 的原理以及具体方法。 一、什么是阻抗? 阻抗是指电路中的电子器件对通过它的特定频率的交流电流的阻碍作用。在数学上用矢量平面上的复数表示,即Z=R+jX,如图1所示,Z表示阻抗,实部R称为电阻,虚部X称为电抗。而电抗为容抗和感抗的总称,电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗。阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量坐标上的矢量和。 图1 阻抗三角形 CAN总线 网络阻抗 是指总线间的阻抗
[汽车电子]
基于CAN总线的汽车数字仪表的研究设计
1 引言 汽车仪表作为车辆与驾驶员交流的窗口,承担向驾驶员实时提供车辆工况任务。汽车仪表是汽车电子在车辆中应用研究的重点之一。随着欧Ⅲ排放标准在国内推广,符合欧Ⅲ排放标准具备控制器局域网络(Controller Area Network,简称CAN)总线接口的发动机和与之通讯的总线式数字仪表也逐渐扩大市场。随着车载总线技术发展,带有CAN总线接口的汽车数字仪表得到广泛应用。应用层SAE J1939协议是目前国内汽车行业应用最广泛的CAN总线应用层协议。 这里提出的基于CAN总线的汽车数字仪表是利用CAN总线使其成为车身网络一部分,遵循SAE J1939协议读取发动机转速、水温等信息。考虑到车辆实际状况,该汽车数字仪
[单片机]
基于CAN总线智能建筑监控系统的通信协议设计
现代智能建筑监控系统广泛采用了现场总线技术。现场总线的种类目前有40多种,但适合智能建筑且在我国推广的主要有两种:CAN(Control Area Network)总线和Lonworks总线。CAN总线技术以其可靠性高,结构简单,传输距离长和成本低而具有巨大的应用潜力。
控制局域网CAN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。协议采用总线型拓扑结构,通过研究CAN2.0B协议规范,制定了符合智能建筑监控系统的通信协议,并进行了通信节点软件的设计。
1 基于CAN总线的智能建筑网络拓扑结构
CAN总线的智能建筑监控系统拓扑结构,如图1所示。该系统由3部分组成
[网络通信]
瑞萨电子推出全新16位RL78/G24 MCU 为电机控制和电源控制系统提供卓越性能
新产品结合专用加速器和高速48MHz CPU,实现RL78产品家族中最佳性能 2023 年 9 月 28 日, 中国北京讯 - 全球半导体解决方案供应商瑞萨电子)今日宣布,其广受欢迎的RL78微控制器(MCU)系列又添新成员RL78/G24,该系列包括适用于功耗敏感型应用的8位和16位产品。 RL78/G24具有RL78系列所有产品中的最高性能,通过面向特定应用的灵活应用加速器(FAA)和工作频率高达48MHz的高速CPU提升性能。该产品还增强了外设功能,包括模拟和定时器功能,适用于电机控制、电源控制和照明控制。FAA可独立于CPU高效地执行逆变器控制、加密、传感和算术运算等任务,从而大幅提高处理速度。 Tos
[工业控制]
对TTCAN的分析
2002年左右国外推出的TTCAN是一种时间触发的通信协议,在我国电动汽车“863”攻关项目及地方的科研项目中有许多尝试,目的是判断它能否成为新一代汽车的通信骨干网络。在研制中,它们一般规模较小,总线负载较轻,试验环境并不十分恶劣,对误码造成的丢帧不容易发现,且未经长期考验,所以没有发现什么问题;但对于大量生产的汽车,必须全面认识TTCAN的优劣,以及汽车控制用总线的技术走向,才能避免采用新技术带来的技术与经济风险。本文试图从可靠性与经济性角度对TTCAN作些分析,供大家决策时参考。
1 TTCAN兴起的推动力量
TTCAN是在CAN的基础上发展起来的一种高层协议,它的出现是为解决CAN应用中遇到的瓶颈而作的一种
[嵌入式]
基于CAN总线的送经卷取的系统设计
纺织业是我国一大传统行业,随着国际棉纺织技术向优质、高产、自动化、连续化方向的迅速发展,提高我国纺织产业的机电一体化水平,实现工艺参数的智能化是各纺织企业的工作重点。 电子送经卷取系统是纺织工艺流程的一个重要环节,其控制性能的优劣直接影响着工艺过程及织机的效率。然而,通信又是该系统的关键技术,使得电子送经卷取系统通信的设计受到国内外纺织公司(德国的百格拉,意大利的舒美特等公司)的高度重视,提出了多种设计方案。然而,中国用户仍然面临着剑杆织机送经和卷取系统的价格昂贵、操作复杂,数据传输效率低等问题。 CAN(控制器局域网)总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络,与其它通讯相比,其数据通信具有突出的灵活性和可靠性
[单片机]
如何为下一代电动汽车创建安全可靠的电路
在电动化和自动化程度更高的车辆中建立可靠电路保护的设计注意事项。 图1。在混合动力电动汽车电气结构中,车载充电器必须与交流电源线及其可能产生的过载和瞬态过压相匹配。(Littelfuse) 图2。车载充电器框图和推荐的保护和功率控制器件。(Littelfuse) 图3。用于保护CAN总线的TVS二极管阵列。(Littelfuse) 为电动车辆设计电路极具挑战性。 为了确保能够承受过载,瞬态和静电放电(ESD)的可靠和安全设计,设计人员需要确保其电路具有必要的器件以防止损坏。 本文以车载充电器为例,提出了电路保护和高效功率控制的建议。 如图1示意图所示,对于必须开发能够承受来自内燃发动机和大功率电动机瞬
[汽车电子]