基于can总线的电液比例阀控制器的设计课程设计论文(编辑修改稿)

基于can总线的电液比例阀控制器的设计课程设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

高，工作电流大，灌电流最大可达到 500mA，输入电阻 ，高耐压和大电流，并且能够在关态时承受 50V的电压，输出还可以在高负载电 流并行运行，但在设计时不要超过每个驱动器的电流的限制。 2 ) IRF740NMOS 芯片 IRF740 属于 NMOS 开关芯片，漏极电流最 小 200MA， 漏极电流最大 10A， 栅源电压最大可承受 25V，额定功耗 25W， 而 TO220 封装的 IRF740 功耗达 50W左右，满足大部分小型直流电机的工作需求 ，其开关频率达到 10KHz，而大部分电液比例阀的参数在 7 KHz 左右，所以符合大部分电液比例阀的参数。 经实际检验发现散热较差，所以应用时应加散热片，但本次设计是电液比例阀，散热小，所以可以忽略。 经实际检验发现 STC89C52 单片机并不能推动 UNL2803 驱动 电液比例阀 ，并且 STC89C52 并不支持推挽输出，所以尝试使用上拉电阻提高驱动能力，然而 本科生课程设计（论文） 7 效果并不理想 ，测试电流达不到 UNL2803 最低工作电流。 最终决定使用 IRF740驱动电路 ，其电路简单，方便使用，功耗大， 漏极电流最大 10A，远远大于 500mA，并且驱动电流比 UNL2803 大很多，经测试 单片机完全能驱动其工作 ，并且电流大于 500mA。 最终选择 IRF740 驱动电路。 IRF740 驱动电路如图 所示。 G D SIRF740 GNDDIAN YE FASW+5V 图 IRF740驱动电路 A/D 转换电路的设计 A/D 转换电路有两种方案 1 ) 采用混合式电路 在使用 ADC0809 作为 A/D 转换模块时，由于输入模拟信号为 10V~10V，而ADC0809 输入的模拟信号为 0~5V 信号，所以不满足要求，这样的话可以使用模拟电路把 10V~10V 电压转换成 0~5V 电压信号再用 ADC0809 进行模数转换。 首先需要将 10V~10V 电压信号电阻分压，输出为 ~ 电压，在采用加法器和 电压相加，这样得到的电压为 0~5V 电压信号，但这样做会使用双电源电路，而且需要一个 并不常见电压信号，制作这样一个电 压信号非常繁琐，在运放上也需要调试和选型，要考虑阻抗匹配以及精确度是否符合要求，工作量也是提高了。 而且在使用 ADC0809 时需要 74HC573 锁存器来提高单片机的输出电流，调试更加复杂，但从经济角度来说混合式电路成本却小很多。 2 ) 高精度 A/D 转换芯片 经查阅资料和书籍发现有很多 A/D 转芯片支持双极性输入，从技术要求和经济成本考虑可以使 用 AD574A 芯片做 A/D 转换电路。 AD574A 是一种高性能的12 位逐次逼进式 A/D 转换器，它同 ADC0809 一样是常用的 A/D 转换器。 转换时间为 25 微妙 ，线性误差为 177。 1/2LSB，内部有时钟脉冲源和基准电压源，单通道单极性或双极性电压输入，采 用 28 脚双立直插式封装。 信号输入 可以单极性也可以 本科生课程设计（论文） 8 双极性的 ，完全能接收 10V~10V 电压信号，并且其转换精度高，转换时间短，这样再设计 A/D 转换时可以不使用采样保持电路。 由于转换精度要求为 1%即可，AD574A 芯片转换精度完全满足要求，而且只需使用其 8 位进行 A/D 转换即可。 综上所述，混合式模数转换电路设计复杂，用件更多，更易出现硬件和调试问题，而且混合式模数转换电路在耗电量上明显会高于只采用 A/D 转换芯片的模数转换电路，不利于电源 的长期工作。 在使用 AD574A 转换芯片时，因为转换精度为 1%，所以只需 8 位进行 A/D 转换即可，这样不需要 74HC573 锁存芯片进行分时输出，程序可大大简化。 所以使用 A/D 574A 转换芯片。 A/D 转换 电路如图 所示。 DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB8DB9DB10DB11CESTS12/8CSA0R/CBIP OFFREF INREF OUT10VIN20VINAGNDV+VU11AD574AC0C1C2C3C4C5C6C7+12V12VGNDGND10V~10V 输入5V~5V 输入1K1K 图 A/D 转换电路 CAN 总线模块的设计 STC89C52 将 A/D 采集的 数据运算处理之后，还要将数据通过 CAN 总线通信接口以符合 CAN 协议的数据形式发送到总线上供上位机处理。 要完成这一功能所以必须得对 CAN 总线 模块 进行设计，其中包括 CAN 控制器、 CAN 总线的光电隔离及对 CAN 收 发器设计。 本设计中 CAN 总线控制器芯片采用 SJA1000 芯片， SJA1000CAN 通信控制器 是 Philips 公司推出的 一种 CAN 总线控制器芯片 ，它实现了 CAN 总线物理层和数据链路层的所有功能。 SJA1000CAN 总线控制器芯片 是 PCA 82C200 的替代产 本科生课程设计（论文） 9 品。 PCA 82C200 支持 CAN 协议，可完成基本的 CAN 模式通信，而SJA1000CAN 总线控制器芯片 支持 CAN 协议，并且 有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网 ，并且在引脚、电气特性、软件与 PCA 82C200 兼容，同时支持 11 位和 29 位标示符，具有 64 字节的 FIFO 扩展接收缓冲器，支持多种微处理器接口。 SJA1000 总线控制芯片 在目前市场上是体积最小、最易于使用也是最节约成本的独立 CAN 控制器。 SJA1000 是一种 支持 CAN 协议 的 CAN 控制器，并能够发送的接收标准的和扩展的信息帧，同时具有接收滤波和信息管理的功能。 SJA1000 可 通过 传输 接口与 STC89C52 进行数据传输， 最高数据传输速率可达 1Mb/s， STC89C52可通过 SJA1000 与 CAN 总线上的其它 设备通讯。 SJA1000 总线控制器芯片内含三个发送缓冲器、二个接收缓冲器。 同时还具有灵活的中断管理能力，这些特点使得 微处理器 对 CAN 总线的操作变得非常简便。 SJA1000 总线控制芯片如图 所示 AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7CSALERDWRINTCLKOUTRSTXTAL1XTAL2VDD1VDD2VDD3VSS1VSS2VSS3MODERX1RX0TX1TX0U9SJA1000D0D1D2D3D4D5D6D7X3X4RESALE 图 SJA1000总线控制芯片 在设计 CAN 总线模块时，为增强 CAN 总线控制器接收和发送信号的抗干扰能力，需要对 CAN 总线进行光电隔离设计。 由于光耦合器输入输出间互相隔离，电 信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。 因此 ，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比 ，光耦隔离器 输入端属于电流型工 作的低阻元件，因而 又 具有很强的共模抑制能力。 在信号单向传输过程中，光耦隔离器的输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定且 无触点，使用寿命长，传输效率高 等特点，所以，光耦隔离器广泛应用于抗干扰电路设计。 经查阅资料后选择 6N137 光耦隔离芯片， 6N137 光耦合器是一款用于单通道 本科生课程设计（论文） 10 的高速光耦合器， 其内部有一个 850 nm波长 LED 和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。 具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出 隔离， LSTTL/TTL 兼容 ，5mA 的极小输入电流。 其价格便宜，在光耦隔离电路应用广泛，因此，此次光耦隔离电路选用 6N137 芯片进行设计。 6N137 光耦隔离芯片如图 所示 IN+INVDDVEV0GNDA6N137 图 6N137光耦隔离芯片 CAN 总线模块在接收信号时需要 CAN 收发器。 CAN 收发器是一个物理层的器件，它是 CAN 总线控制器和物理总线之间的接口，器件可以提供对总线的差动发送能力和差动接收能力。 本设计总线收发器选用 PCA82C50，其与 ISO/DIS 11891 标准完全兼容，最高速可达 1Mbps， PCA82C50 具有 很强 的抗瞬间干扰和保护总线的能力，降低射频干扰（ RFIRadio Frequency Interference）的斜率控制，热防护，可防护电池与地之间发生短路， 它还 存在低电流备用模式，并且某一个节点掉电不会影响总线。 PCA82C250 是 CAN 协议控制器和物理总线之间的接口，该器件对总线提供差动发送能力并对 CAN 控制器提供差动接收能力。 它有更高的击穿电压，因此可以在电源电压范围内驱动低至 45 欧姆 的总线负载。 而且 PCA82C250 在隐性状态下的拉电流 比一般 CAN 总线收发器更小 ，在掉电情况下的总线输出特性有一定的改善。 PCA82C250 是 目前国内 使用最广泛的 CAN 收发器，并且其与 SJA1000 CAN通信控制器组成的 CAN 总线模块应用成熟，所以选用 PCA82C250 CAN 总线收发器。 PCA82C250 CAN 总线收发器如图 所示。 TXDRXDCANHCANLBPCA 82C250 图 PCA82C250 CAN总线收发器芯片 本科生课程设计（论文） 11 CAN 总线模块包括 CAN 控制器、 CAN 总线的光电隔离 及 CAN 收发器。 其总体电路如图 所示。 AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7CSALERDWRINTCLKOUTRSTXTAL1XTAL2VDD1VDD2VDD3VSS1VSS2VSS3MODERX1RX0TX1TX0U9SJA1000D0D1D2D3D4D5D6D712Y2XTAL30pFC1130pFC9GNDX3X4X3X4RESALE+5VGNDIN+INVDDVEV0GNDA16N137IN+INVDDVEV0GNDA26N137470K470K+5V+5VTX0RX0GNDTXDRXDCANHCANLB1PCA 82C250TX0RX0CAN 总线 图 CAN总线电路图 总体电路图 总体电路图见附录 I 所示。 本科生课程设计（论文） 12 第 4章 软件设计 总体方案 首先上电之后， A/D 转换电路进行测 量当前模拟量输入信号大小并传送给STC89C52 单片机，同时 CAN 总线接收控制信号，经 A/D 转换后的数字信号和CAN 总线接收的控制信号进行比较是否一致，一致的情况直接返回，不一致通过PID 控制输出控制信号使当前输出电压和控制要求的电压信号一致，并周期的刷新从 A/D 转换电路传送回来的数据，通过不断比较调整输出，利用 口编程输出 PWM 脉冲信号，直接作用于驱动芯片，最终实现输出和控制信号一致。 其整体流程图如图 所示。 图 整体流程图 Y 开始 CAN 总线接收控制信号 当前值和控制信号一致。 PID 闭环控制 输出 PWM 脉冲 A/D 转换当前电压值 N 增加或减小当前输出值 CAN 总线发送输出信号 本科生课程设计（论文） 13 脉冲宽度调制器（ PWM）通道，此通道可有编程决定宽度和间隔的脉冲。 脉冲的间隔周期是一个中断时间，即一个中断时间的 PWM 是内层的，通过控制中断次数即可设定外层 PWM 周期。 由于产生的 PWM 信号不能直接驱动电液比例阀，这就需要设计合适的驱动电路，可间接的驱动电液比例阀，使其能够正常的运行。 具体程序我们通过 KeilC 编程。 PWM 控制实现。