基于CAN总线的环卫车分布式控制系统

陈凯

摘 要：介绍了一种基于CAN总线的分布式环卫车控制系统方案，操作盒、控制器、尾操作盒均采用分布式IO模块部件，所有元件用CAN总线网络连接，简化了部件的安装方式，提升了系统的可靠性，降低了系统的维护成本。

关键词：CAN总线；IO模块；环卫车；分布式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.046

目前，环卫扫路车控制系统中普遍采用傳统工业现场控制的PLC系统，其防护等级低，装配工艺复杂，在系统的供电保护、输入输出能力、抗震等性能上更无法适应车载应用的需求。本系统对现有的环卫扫路车电控系统进行了升级改造，以专用车载CAN总线控制器为基础平台，能实现整车作业功能控制、运行状态跟踪、工况分析、作业质量监控的综合智能化电控系统。

1 环卫车总体结构

环卫车主要由底盘、动力系统、清扫系统、液压系统、气路系统、水路系统、电气系统系统组。其中底盘提供行走动力，副发动机带动风机，齿轮油泵，形成动力系统。清扫系统主要由左右扫盘、吸嘴组成，由液压系统控制油缸升降，驱动马达旋转。水路系统主要由水箱、水泵、管路、喷头组成，由气路系统控制水阀气缸，控制水路开关。电气系统是整车控制核心，由操作盒、控制箱、IO模块组成，控制副发动机的启停，实时监测发动机转速、水温、油压等参数，控制液压阀开闭以驱动液压系统，控制气阀开闭以控制气路以及水路各个功能。

2 电控系统组成

本系统以车载控制器为核心，操作盒采集控制指令，通过CAN总线给控制器；副发动机采用CAN总线与控制器相连，实时通信工作参数；GPS模块可以实时定位，实现远程控制；控制器通过CAN总线发送数据，控制IO模块输入输出，控制液压系统以及气路水路系统，根据不同模式选择进行相应的洗扫作业。

3 电气设计简介

控制器是本系统的核心，采用硕博电子的SPC-CFMC-D36N32A5控制器，基于德国STW控制器国产化，负责处理CAN总线上的通信信息，控制其他模块输入输出。操作盒采用集成式液晶显示屏操作面板，由旋钮、指示灯、液晶屏组成，液晶屏自带IO模块，旋钮控制各功能指令，显示屏采集到信号，通过总线发给控制器。控制器收到相应的指令，根据程序要求，控制发动机的启动熄火，同时与发动机的ECU通信，接收转速，油压、水温等信息，发送给显示屏，前液晶屏实时显示整车工作状态。整车液压阀与气阀均由IO模块控制驱动，当环卫车作业时，控制器根据操作盒发送的模式指令，与IO模块通信，驱动相应的液压阀和电磁气阀，从而达到控制液压系统和气路以及水路系统。后尾盒为手动调试操作盒，当需要调试某一个单独动作时，可以通过次处进行操作，操作完成后，所有开关必须回到停止位置。同时本系统还配备GPS终端模块，实时采集位置信息，油耗信息以及车辆的运行情况，实现环卫车远程管理与维护操作。另外，本控制器的CAN总线可以通过USB-CAN模块与电脑连接，实现程序下载以及实时仿真调试功能。同时，前操作盒还还以进行翻页操作，实时监测CAN总线各模块输入输出状态，方便操作人员判断故障、调试和维修。

4 控制器程序设计

本系统程序采用基于IEC61131-3的CoDeSys V2.3编程软件，通用性强，可以采用多种编程语言编程，本程序采用ST语言进行编程。系统上电后，控制器先判断整车的工作状态，根据作业模式，检测是否缺水，阀门收否打开，是否带动高压水泵转动。如果有故障，发送信息给语言模块，驱动扬声器，提醒操作人员报警信息。如果没有报警信息，发动机点火，通过CAN总线发送控制转速指令，发动机怠速运行。作业启动后，根据相应的模式，控制对应的液压阀和气阀，依次放下扫盘、吸嘴等作业机构，同时摆出左右喷杆，打开高压水阀，驱动液压马达，同时，发送给发动机ECU发送调速指令，使副发动机工作在相应的目标转速，开始作业。当控制器接收到停止作业指令时，发送指令给IO模块，反顺序依次收起各作业机构，停止作业。当污水箱水位高时，发出语音提示，提示司机放掉污水。工作时，当检测到发动机发电、油压等参数故障时，发出语音报警提示司机检测故障。

5 结语

本系统的优点在于：

（1）全CAN总线硬件系统，减化线束，提高可靠性，减少维护成本。

（2）可方便扩展CAN结点，如GPRS/GPS终端、诊断设备等。

（3）基于IEC61131-3的CoDeSys编程软件，通用性强。

（4）采用SAEJ1939和CANOpen通讯协议，可兼容各类发动机和传动装置。

由于卓越的实时特性和极高的可靠性，CAN总线已经在汽车工业、航空工业、嵌入式网络安防系统得到了广泛的应用，采用CAN总线的分布式环卫车控制系统，也会是环卫智能化控制的发展趋势，同时基于大数据、云平台的智能化环卫远程管理也将得到更广泛的应用。

参考文献：

[1]王学士.基于CAN总线的汽车车身电器控制系统的研究[J].中国新技术新产品，2010（07）：15-15