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本文介紹了CAN總線應(yīng)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(diǎn),被應(yīng)用于其它領(lǐng)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(shè)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(luò)的應(yīng)用原理,討論了CAN總線在其中的工作狀況、設(shè)計時需要注意的事項(xiàng)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(yīng)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(jī)之間的通信成為至關(guān)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(jìn)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(jī)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(yuǎn),連接簡單,可用于長距離與監(jiān)控主機(jī)之間的通信,但成本要高一點(diǎn).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(yàn)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(yán)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(gòu),各總線節(jié)點(diǎn)可主動向監(jiān)控主機(jī)傳送數(shù)據(jù),與RS485接口的呼叫-應(yīng)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(shù),不會因?yàn)榭偩€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(yán)格控制收發(fā),避免因?yàn)榭偩€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(fù)擔(dān),也使編制軟件變得容易[4].由以上比較可以看出,CAN總線應(yīng)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(yīng)用涉及許多領(lǐng)域,典型的應(yīng)用有汽車、公共交通、機(jī)器人控制、液壓傳動裝置、傳感器技術(shù)、電梯控制、電力系統(tǒng)控制、醫(yī)療設(shè)備、火災(zāi)預(yù)警、配料系統(tǒng)[2]等.CAN協(xié)議已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織所承認(rèn),這將進(jìn)一步促進(jìn)CAN總線在各種測控領(lǐng)域中的應(yīng)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,其中從稱重托輥和左邊運(yùn)行托輥的中點(diǎn)到稱重托輥和右邊運(yùn)行托輥的中點(diǎn)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(yīng)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(jìn)行放大、整形后得到計數(shù)脈沖.兩種信號都送到單片機(jī)進(jìn)行處理,最后數(shù)字顯示其測量值[7].

再乘以50,就得到0102s時間間隔內(nèi)的瞬時流量,單位:kg/h.因?yàn)槠ХQ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(yùn)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(yīng)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(jìn)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(shè)計

1)皮帶秤控制系統(tǒng)部分

皮帶秤控制器設(shè)計采用LTC1052斬波運(yùn)放和LT1028低噪聲運(yùn)放構(gòu)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(shí)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(jī)連接CAN總線的接口卡采用了AT89C51單片機(jī)、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(jī)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(jī)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(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示.

　　 監(jiān)控主機(jī)給電子皮帶秤發(fā)送數(shù)據(jù)的過程:監(jiān)控主機(jī)通過串口給接口卡上的單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù).單片 機(jī)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(jī)傳達(dá)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(yù),可自動完成報文濾波(標(biāo)識場比較)功能,僅在符合時才進(jìn)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(jī)進(jìn)行處理.電子皮帶秤上的單片機(jī)對從CAN總線上接收到的數(shù)據(jù)的意義進(jìn)行識別并執(zhí)行相應(yīng)操作.皮帶秤給監(jiān)控主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的過程與上面所述相似.

4　注意事項(xiàng)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(dāng)單片機(jī)與CAN總線控制器分離時,為了CAN控制器與單片機(jī)之間時序的同步,一般采用CAN控制器給單片機(jī)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(dāng)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(dāng)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(yīng)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(shè)置是要界定對什么樣的報文予以接收,因此稱它們?yōu)轵?yàn)收濾波器,當(dāng)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(biāo)識符的高8位在AMR為“0”的那些位(即相關(guān)位)上對應(yīng)相等.條件之二:AMR=0xFF,即ACR的所有位均為不相關(guān)(或屏蔽)位[4].

5　結(jié)論

實(shí)驗(yàn)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(diǎn)得到充分體現(xiàn),運(yùn)行穩(wěn)定,通信可靠,速度快.大部分的功能都由硬件實(shí)現(xiàn),使得軟件編制相對簡單.將來,在單片機(jī)內(nèi)部集成CAN總線控制器是一種趨勢,這樣會使電路設(shè)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(yīng)用,卻具有串口無法比擬的優(yōu)點(diǎn).CAN總線技術(shù)正在日趨成熟,在國內(nèi)的應(yīng)用比較多,在將來一定會得到進(jìn)一步的推廣.

參考文獻(xiàn):

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[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(xué)學(xué)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(shè)計[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報,1994,16(1):76-81.

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

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

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

[7]嚴(yán)榮濤.國產(chǎn)微機(jī)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(xué)院學(xué)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(zé)任編輯:吉海濤　英文審校:王溪波)

 

 

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