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本文介紹了CAN總線應用于皮帶秤控制器的可行性和優(yōu)越性,以及由于CAN總線所具有的優(yōu)點,被應用于其它領域的情況。著重說明了皮帶秤控制系統(tǒng)的稱重原理、測量工作原理和皮帶秤控制器的硬件電路設計.皮帶秤控制系統(tǒng)的稱重原理主要包括瞬時流量和累計流量的計算方法.然后,闡述了CAN總線通信在皮帶秤網(wǎng)絡的應用原理,討論了CAN總線在其中的工作狀況、設計時需要注意的事項以及遇到的一些問題及解決方法等.　　

單臺皮帶秤[1]可以作為簡單的稱重儀器.由多臺皮帶秤聯(lián)網(wǎng)組成的配料控制系統(tǒng)[2]可應用于自動化生產(chǎn)過程[3].而各皮帶秤之間、電子皮帶秤和監(jiān)控主機之間的通信成為至關重要的一環(huán).本文對皮帶秤所用到的三種通信接口——RS232接口、—RS485接口和CAN現(xiàn)場總線接口進行比較.其中,RS232接口波特率低,通信距離近,只能用于短距離與監(jiān)控主機之間的通信.RS485接口和CAN總線接口通信速度比RS232快,傳輸距離遠,連接簡單,可用于長距離與監(jiān)控主機之間的通信,但成本要高一點.CAN總線接口比RS485接口在成本上略高些,但CAN總線接口采用CRC校驗和其他錯誤檢測措施,并具有自動重發(fā)功能,與RS485接口相比,增加了傳輸?shù)目煽啃?在干擾嚴重的工作環(huán)境下,采用CAN總線接口是很有必要的.CAN總線接口采用多主站總線結(jié)構,各總線節(jié)點可主動向監(jiān)控主機傳送數(shù)據(jù),與RS485接口的呼叫-應答式的數(shù)據(jù)傳送方式相比,更具靈活性.CAN總線采用非破壞性總線仲裁技術,不會因為總線競爭而損壞器件;而RS485接口器件有一個接收使能端,一個發(fā)送使能端,必須嚴格控制收發(fā),避免因為總線競爭損壞器件.CAN總線控制器完成大部分通信處理,與RS485接口相比,減輕了MCU負擔,也使編制軟件變得容易[4].由以上比較可以看出,CAN總線應用于皮帶秤控制器是可行的,對提高皮帶秤的通信能力和組網(wǎng)是有利的.如今,CAN總線作為一種比較流行的現(xiàn)場總線,其應用涉及許多領域,典型的應用有汽車、公共交通、機器人控制、液壓傳動裝置、傳感器技術、電梯控制、電力系統(tǒng)控制、醫(yī)療設備、火災預警、配料系統(tǒng)[2]等.CAN協(xié)議已被國際標準化組織所承認,這將進一步促進CAN總線在各種測控領域中的應用[5].

1　皮帶秤控制器工作原理及稱重原理

皮帶秤控制器是一種動態(tài)工業(yè)稱重儀表,其結(jié)構如圖1所示,其中從稱重托輥和左邊運行托輥的中點到稱重托輥和右邊運行托輥的中點的距離稱為有效稱量段[1],這段皮帶上的物料作用在稱重傳感器上,稱重傳感器將被測重力轉(zhuǎn)換成相應的模擬電壓信號,經(jīng)測量放大器放大后,由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量.與此同時,速度傳感器產(chǎn)生的速度信號在進行放大、整形后得到計數(shù)脈沖.兩種信號都送到單片機進行處理,最后數(shù)字顯示其測量值[7].皮帶秤顯示累計稱重儀表的原理框圖如圖2所示.

再乘以50,就得到0102s時間間隔內(nèi)的瞬時流量,單位:kg/h.因為皮帶稱量段上的物料量分布不均勻和皮帶速度的變化[8],所以本系統(tǒng)先計算出每0102s的時間間隔內(nèi)的瞬時流量

式中:ad—加載時A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)量;ad0—空載時,定時為皮帶秤運行整數(shù)圈時間,A/D轉(zhuǎn)換器輸出的平均值(定時不足3min檢測后應該歸算到3min)[1];

對速度的測試時間間隔為1s,即每隔1s計算一次速度值,單位:m/s;對質(zhì)量的測試為50次/s,單位kg/m;質(zhì)量乘以速度,乘以3600,

adfs—最大加載時A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)量;Qfs—滿度瞬時流量值,kg/h;P—加載時1s內(nèi)的速度脈沖數(shù);Pfs—s內(nèi)的滿度速度脈沖數(shù);1Q(n)—瞬時輸送量,kg/h.

接著,把瞬時流量對時間進行積分[9],得到累積流量G[3],kg,其數(shù)值算法公式為

2　皮帶秤控制器硬件電路設計

1)皮帶秤控制系統(tǒng)部分

皮帶秤控制器設計采用LTC1052斬波運放和LT1028低噪聲運放構成的低噪聲低漂移放大器、AD7730模數(shù)轉(zhuǎn)換器、集成兩路CAN總線控制器(支持CAN210B協(xié)議)的LPC2129單片16/32位ARM微控制器、MAX7219顯示驅(qū)動器、82C250收發(fā)器和6N137高速光耦(最高速度10Mbps)等器件.本系統(tǒng)實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換,D/A轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)處理和顯示,控制信號輸出和CAN總線通信.[page]

2)CAN232接口卡部分

PC機連接CAN總線的接口卡采用了AT89C51單片機、SJA1000稱重控制器(支持CAN210A協(xié)議和CAN210B協(xié)議)、82C250收發(fā)器、6N137高速光耦和RS232接口器件等器件.為了縮小電路板尺寸,以后有可能采用集成了CAN總線控制器的單片機T89C51CC01或P8X592.

3　CAN總線配合皮帶秤工作原理 　

　CAN總線為各皮帶秤之間、皮帶秤和監(jiān)控主機之間的通信建立了通道.使用CAN總線的皮帶秤配料系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構如圖3所示.
 

　　 監(jiān)控主機給電子皮帶秤發(fā)送數(shù)據(jù)的過程:監(jiān)控主機通過串口給接口卡上的單片機發(fā)送數(shù)據(jù).單片 機接收完數(shù)據(jù)后,控制CAN總線控制器把數(shù)據(jù)成功發(fā)送到CAN總線上.CAN總線控制器收到接口卡上的單片機傳達的發(fā)送數(shù)據(jù)的命令后,自動完成一幀報文的填充、編碼、發(fā)送,并有總線仲裁和重發(fā)功能.電子皮帶秤控制器的CAN總線控制器不需軟件干預,可自動完成報文濾波(標識場比較)功能,僅在符合時才進行報文接收,并能在一幀報文接收完成后產(chǎn)生中斷通知皮帶秤控制系統(tǒng)的單片機進行處理.電子皮帶秤上的單片機對從CAN總線上接收到的數(shù)據(jù)的意義進行識別并執(zhí)行相應操作.皮帶秤給監(jiān)控主機發(fā)送數(shù)據(jù)的過程與上面所述相似.

4　注意事項及遇到的問題

采用光耦隔離,可以使皮帶秤系統(tǒng)在受到干擾的情況下不致徹底癱瘓,并能給出故障報警.當單片機與CAN總線控制器分離時,為了CAN控制器與單片機之間時序的同步,一般采用CAN控制器給單片機提供時鐘信號.總線兩端各有一個120Ω的電阻,對于匹配總線阻抗起著相當重要的作用;否則,數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠性大大降低,甚至無法通信.對于SJA1000控制器的使用,需要注意的是:當SJA1000外接收發(fā)器,比如82C250時,如果置位CDR的CBP位,輸入比較器被忽略,這樣可以減少內(nèi)部延時,總線長度最大可能值增加,此時只有RX0是激活的,RX1接固定電平(一般接地);如果不置位CDR的CBP位,而RX1接地的話,SJA1000不能正常工作.如果信號直接從物理的CAN總線輸入到SJA1000的輸入比較器,CDR的CBP位應該為零,此時,顯性電平將會喚醒SJA1000的睡眠模式.如果RX1比RX0的電平高就讀顯性電平,反之讀隱性電平.對ACR和AMR的設置是要界定對什么樣的報文予以接收,因此稱它們?yōu)轵炇諡V波器,當滿足以下兩個條件之一,且有空的接收緩沖器時,完整報文可被正確接收.條件之一:ACR與報文標識符的高8位在AMR為“0”的那些位(即相關位)上對應相等.條件之二:AMR=0xFF,即ACR的所有位均為不相關(或屏蔽)位[4].

5　結(jié)論

實驗顯示,CAN總線通信非常適合在包括皮帶秤控制器這樣的儀器儀表的組網(wǎng)中使用,其優(yōu)點得到充分體現(xiàn),運行穩(wěn)定,通信可靠,速度快.大部分的功能都由硬件實現(xiàn),使得軟件編制相對簡單.將來,在單片機內(nèi)部集成CAN總線控制器是一種趨勢,這樣會使電路設計變得簡單,縮小電路板空間,降低產(chǎn)品價格,縮短開發(fā)時間,這時CAN總線會像RS232接口一樣得到廣泛的應用,卻具有串口無法比擬的優(yōu)點.CAN總線技術正在日趨成熟,在國內(nèi)的應用比較多,在將來一定會得到進一步的推廣.

參考文獻:

[1]施昌彥.測力稱重計量的某些發(fā)展動向[J].現(xiàn)代計量測試,1994(6):2-4.

[2]賈玉龍,劉長有.集散自動配料監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)[J].沈陽工業(yè)大學學報,2002,24(3):237-239.

[3]徐桂榮,邵大川,王湘明.燃煤分爐計量系統(tǒng)的設計[J].沈陽工業(yè)大學學報,1994,16(1):76-81.

[4]雷霖.現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡技術[J].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[5]鄔寬明.現(xiàn)場總線技術應用選編①(上)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.

[6]魏魯原,伍斌,崔霞.動態(tài)稱重系統(tǒng)的設計[J].自動化儀表,2002,23(8):34-37.

[7]嚴榮濤.國產(chǎn)微機皮帶秤的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].中國電力,1995(1):28-32.

[8]宋壽祥.自動稱重裝置模型的研究[J].重慶建筑工程學院學報,1994,16(4):35-39.

[9]趙濱輝,王立華,谷曉玲.ICS2ST4型智能動態(tài)皮帶稱重系統(tǒng)中兒個問題的解決[J].電測與儀表,1999(責任編輯:吉海濤　英文審校:王溪波)

 

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