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本文利用性價比高的主控器ARM7-LPC2194、CAN接收器PCA82C250和TLP2631，設計了一種基于ARM7的紡織機送經和卷取系統，實現了送經卷取系統總線的網絡節(jié)點設計，較好地解決了紡織機的電子送經和卷曲系統的數據傳輸問題。另外，本文系統的通信方案，對于其它工業(yè)測控領域也是可取的。 針對紡織機電子送經和卷取系統的數據傳輸效率低等問題，設計了一套基于CAN總線的送經和卷取的系統，該系統以CAN總線為通信方式，利用ARM主控制器，設計了電子送經和卷取系統的CAN總線通信硬件電路和相關軟件，實現了主控結點與卷取驅動器和送經驅動器的高效通信，結果表明了該方法的有效性和可靠性。 電子送經卷取系統是紡織工藝流程的一個重要環(huán)節(jié)，其控制性能的優(yōu)劣直接影響著工藝過程及織機的效率。然而，通信又是該系統的關鍵技術，使得電子送經卷取系統通信的設計受到國內外紡織公司(德國的百格拉，意大利的舒美特等公司)的高度重視，提出了多種設計方案。然而，中國用戶仍然面臨著劍桿織機送經和卷取系統的價格昂貴、操作復雜，數據傳輸效率低等問題。 CAN(控制器局域網)總線是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡，與其它通訊相比，其數據通信具有突出的靈活性和可靠性。ARM控制器可以滿足一般的工業(yè)控制的需要，其具有減少系統硬件設計的復雜度和性價比高等優(yōu)點而得到廣泛應用。因此，針對國內電子送經卷取系統數據傳輸率低和國外系統價格昂貴問題，本文采用ARM公司的ARM7一UPC2194和Philips公司的PCA82C250為核心器件，研制開發(fā)了一種基于ARM芯片作為主控制器，CAN總線為通信方式的嵌入式電子送經卷取系統，該系統具有響應速度快、傳輸效率高等優(yōu)點。 1 送經卷取系統的總體設計 根據技術及經濟需求，本設計選取ARM7-LPC2194為主控制器，作為CAN網絡節(jié)點控制器，(其中LPC2194內部集成有四路CAN控制器而不必外接CAN控制器)，應用CAN總線技術和接口電路，實現了節(jié)點間的高效數據交換和傳輸。系統總體框圖如圖1所示。 圖1 系統總體框圖 2 系統的硬件設計 2.1 系統CAN總線的實現 送經卷取系統主要由內部集成有四路CAN控制器的ARM7-LPC2194芯片、光電隔離器TLP2631、CAN收發(fā)器PCA82C250及送經卷取驅動器等元件組成，其結構如圖2所示。 圖2 系統的硬件電路圖 本設計分別將協議控制器通過串行數據輸出線TX和串行數據輸入線RX連接到光電隔離器TLP2631的3管腳和7管腳，實現了光電隔離。利用CAN收發(fā)器。PCA82C250將從光電隔離器TLP2631輸出的差動的總線信號轉換成邏輯信號電平并在RxD輸出，接收到的串行數據通過與總線電纜相連的差動發(fā)送和接收總線終端CANH和CANL將數據送到總線協議控制器譯碼，完成了普通電平到顯、隱性電平的傳輸。CAN總線獲取顯、隱性電平后，再經過PCA82C250和光電耦合器TLP2631將數據傳輸給送經驅動器、卷取驅動器的CAN接收端口，從而實現了基于CAN總線的數據傳輸。 2.2 系統抗干擾的設計 信號數據傳輸過程中，存在著擾動，為此本設計采取以下措施來克服干擾的影響： 1)為了滿足光電隔離的要求，本設計在協議控制器和CAN收發(fā)器之間加入了TLP2631光電隔離器，有效地抑制了傳輸線中由于耦合電容、電感造成的干擾，實現了不同電平的轉換。 2)為了匹配數據總線的阻抗和提高數據傳輸的抗干擾能力，在CAN總線終端的兩端加有兩個120 Ω總線阻抗匹配電阻。若不接這兩個電阻，有時甚至無法通信。采用屏蔽雙絞線以減少現場環(huán)境對結點的干擾。 3 系統的軟件設計 送經卷取系統的軟件設計是實現數據高效通信的關鍵，本文的軟件部分主要由數據采集程序和CAN總線通信程序設計兩部分組成。其中數據采集程序可參考文獻，本文重點論述CAN通訊程序的設計。 3.1 開發(fā)環(huán)境 軟件開發(fā)環(huán)境，選用ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境，ADS是ARM微控制器集成開發(fā)工具。ADS1.2支持ARM10之前所有ARM系列，支持軟件調試及JTAG硬件仿真調試，支持匯編語言、C/C++源程序;具有編譯效率高、系統庫功能強等特點;可以在WINDOWS 98、WINDOWS XP、WINDOWS 2000上運行。 3.2 CAN總線通信主程序的設計 本程序采用模塊化結構，來實現各結點間的通信。程序首先對CAN控制器函數初始化，其次檢測是否有接收幀和數據異常，實現數據的接收和發(fā)送。從而完成ARM芯片啟動代碼的編碼，其結構如圖3所示。然后，主程序通過調用CAN啟動驅動程序提供的接口，便可實現數據的有效傳輸。 圖3 通信主程序流程圖 3.3 CAN控制器函數初始化 CAN控制器初始化，主要是完成總線的參數設置，其主要包括硬件使能、寄存器復位、波特率及驗收濾波器的工作方式等設置，其結構如圖4所示。 圖4 初始化子程序流程圖 硬件使能是通過寄存器來控制多路開關并使其與CAN控制器連接，因為CAN的某些寄存器必須在軟復位狀態(tài)下讀寫，所以一定要進行軟件復位。 初始化子程序采用的主要函數如下： 3.4 數據接收子程序 接收數據可采用查詢方式或中斷方式，本文采用數據查詢方式，完成子程序的設計，利用旁路濾波器，通過查詢接收數據存儲空間，判斷是否接收信息寄存器、標識符寄存器、數據寄存器的RX幀。由于接收緩沖區(qū)的容量不大，所以接收緩沖區(qū)接收幀，必須立即進入環(huán)形接收緩沖區(qū)，然后再對環(huán)形接收緩沖區(qū)里的信息進行分類處理。 3.5 發(fā)送子程序 總線將采集到的數據(Tx幀信息寄存器、Tx標識符寄存器、Tx數據寄存器A、Tx數據寄存器B)經過打包成符合發(fā)送幀格式的數據后，通過調用發(fā)送數據函數進行數據的發(fā)送。程序首先檢查LPC2194的3個發(fā)送緩沖區(qū)和總線的空閑空間，通過查詢CANSR的TCS位，將幀傳到總線，結構如圖5所示。 圖5 發(fā)送CAN子程序路程圖 4 結束語 解決國內電子送經卷取系統數據傳輸率低和國外系統價格昂貴問題，本文設計了一種基于ARM7的紡織機送經和卷取系統，利用性價比高的主控器ARM7-LPC2194、CAN接收器PCA82C250和光電耦合器TLP2631，實現了送經卷取系統總線的網絡節(jié)點設計，較好地解決了紡織機的電子送經和卷曲系統的數據傳輸問題，該系統自動化程度，具有高效的通信率和抗干擾能力。同時，本系統的通信方案，對于其它工業(yè)測控領域也具有較好的應用前景。 |
