基于CAN网络电机实时监控系统的设计

刘小兵

(湖南汽车工程职业学院，株洲 湖南 412001)

1 引言

随着生产的不断扩大，现代化工厂使用的电机也越来越多，而且电机的工作过程序列化，如遇某电机出现故障就会将工厂的生产秩序打乱，造成生产混乱，严重时还会出现人员伤亡事故。因此设计一种高效可靠的全局电机控制系统势在必行。现工厂里一般采用的电机监控网络有RS485、RS232及USB组网，它们都存在不足之处，例如RS232传输距离近、抗干扰能力差，RS485只有主从发送没有错误纠正机能、可靠性能差，USB所带电机数目少等。本文设计的基于CAN总线组网的电机实时监控系统就能很好的克服这些不足，它的可靠性能高、实时性强以及组网灵活等优点。

2 系统总体结构

LPC2119是系统的核心由部分，它取样电机的运行相关数据，对数据进行分析。将采集到的电机运行数据通过CAN总线传送到监控中心，使监控中心能实时掌握电机的运行状态，监控中心也可以通过CAN总线传递控制信息，实现双向交流信息。除了监控中心与控制装置间进行信息传递外，控制装置之间也可以进行信息交换，这有利于生产过程中控制各节点电机的运行速度，达到全局谐调运转。电流信号采集主要是对电机的运行电流大小取样，判断电机是否有短路情况发生。电机测速电路主要取样电机的运转速度，并通过逆变脉冲输出电路来调节电机的转速，达到电路运转速度的可调目的。

3 主要电路模块介绍

LPC2119微处理器自身带有CAN控制器、AD转换和PWM脉冲调节电路，所以在电路使用上合理分配，充分利用LPC2119的自身资源达到节省电路成本目标，下面我们将几个主要的电路作介绍。

图1 系统结构图

3.1 电流采样电路模块

在电流信号采集电路用电流互感器对电机中流入的电路进行取样，取样的信号送到图2中的IN端进行电平转换，成为适合 LPC2119的输入信号，再从LPC2119的AD端口输入。

图2 电流信息处理电路

3.2 CAN接口电路模块

微处理LPC2119中自身带有CAN总线控制模块，CAN数据控制都由LPC2119内部完成，LPC2119的P0.23和P0.24是CAN输入输出端。外接电路主要是6N137和82C250两集成电路，其中6N137进行光电路隔离，接高电路的抗干扰性能。82C250完成CAN数据的收发。

图3 CAN接口电路

3.3 电机测速电路模块

电机在运转过程中通过霍尔元件对电机速度进行取样，在电机的旋转轴部件上加一个磁性物体，当磁性物体经过霍尔元件时，霍尔元件就会产生一个电信号，再通过电路的放大与整形就可以得到一个脉冲信号，经过软件对脉冲的周期进行测试就可以得到电机的转速。

3.4 逆变控速电路模块

LPC2119从PWM引脚产生调宽脉冲经过SN74LVC4245转换送到电机控制电路控制电机转速，PWM输出不同的脉冲宽度就可以控制电机的不同转速，具体电路如图4所示。

图4 逆变控速电路

4 系统软件设计

软件开发以uC/OS-II为平台开发，它的源代码公开、基于优先级运行的实时操作系统，电机实时监控系统的流程如图5所示。

图5 系统流程图

5 结速语

本系统由LPC2119为核心控制器件，自身带有CAN控制模块使设计电路简单实用，而CAN总线在工厂里组网能提高系统的抗干扰能力，使系统工作稳定高效，网络传输速度快能及时快速的知道电机运行情况，预防电机事故发生。并通过CAN总线对各电机进行参数设计，节省企业的物力财力，该系统的应用前景非常广泛。

［1］张培仁，杜洪亮.CAN现场总线监控系统原理和应用设计技术［M］.合肥:中国科学技术大学出版社，2011.06.

［2］李真花，崔健.CAN总线轻松入门勾实践［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2011.01.

［3］来清民.手把手教你学CAN总线［M］.北京:北京航空航大大学出版社，2010.09.

［4］刘涛，王宗义，孔庆磊.基于CAN总线的多电机协调运动控制系统研究［J］.机床与液压，2010，38(3):75－77.