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PCA82C250T相关文章和问答
  • 求教NXP的PCA82C250T/YM收发器使用问题 2017/10/22 10:25:47
  • 作者:yoyoliurong

    我们在12年的时候采购一盘PCA82C250T/YM物料,用在电动汽车的控制器上。现在50台控制器,跑了几千公里后,有2台出现如下故障:1,整车表现只能收到乱码,没有通信数据;2,控制器回来检测差分电压达到4.3V(正常为2.5V),CAN高和CAN低波形畸形,幅值不对,CAN低与地短路,排除其他,最后查明是芯片2脚与6脚短路。不知道是什么原因导致此种失效。请各位技术大神帮忙看下出现这种情况有可能是什么原因导致的了?非常感谢!

  • 基于CAN总线的仿人机器人力信息检测系统 2017/10/22 10:25:46
  • 摘要:通过对五维力/力矩传感器的电路结构和已经建立的仿人机器人运动控制系统结构分析,提出了一种基于CAN总线的力信息检测系统。主要介绍了设计思想和方案,对接口电路设计的硬件结构和软件流程进行了详细的阐述。所设计的系统已应用于仿人机器人的力信息采集,通过实验证明能够较好地完成力信息的实时采集与传送。

    关键词:力/力矩传感器;CAN总线;信息检测系统

    随着信息检测技术和控制技术的发展,仿人机器人运动控制已经从传统的离线规划方法研究转向基于环境信息的实时控制研究,仿人机器人的实时姿态调整与实时步态生成方法也成为运动控制的研究重点。对于步行机器人而言,其脚掌所受到的地面反力信息是最重要的外部环境信息之一,它尤其能够反映仿人机器人的姿态信息,在仿人机器人的实时姿态调整中具有重要作用。早在1989年,日本早稻田大学就在他们研制的两足步行机器人WL-12RⅢ中应用了六维力/力矩传感器,该传感器安装在机器人的小腿上,机器人可根据反馈力信息在不平整地面上进行稳定行走;日本HONDA公司的仿人机器人P2,P3以及ASIMO 均安装了集成六维力/力矩传感器,利用传感器信息检测地面反力信息。

    在国家863计划支持下,国防科技大学机器人实验室于2003年研制出一台新型仿人机器人;同时与合肥智能机械研究所合作,在该机器人脚掌上安装了可检测地面反力信息的集成五维力/力矩传感器。本文通过对仿人机器人运动控制系统结构和传感器电路结构的分析,提出了一种基于CAN总线的力信息检测系统;通过实验表明,该力信息检测系统能够满足力信息采集的基本要求,为其他外部环境信息的采集建立了一定基础。

    仿人机器人控制结构分析与外部传感信息采集结构

    将仿人机器人控制系统的大开环变成大闭环对控制系统的上位计算机处理能力、上下位机与传感器信息之间的传输通道结构以及传感器信息采集与处理提出了挑战。它要求上位计算机具备实时多任务处理能力,控制系统具有便于扩展的多传感器信息采集与处理通道。增加外部信息传感器是控制结构改进的最基本条件。

    增加外部信息传感器,首先要在现有控制系统硬件结构的基础上,扩展外部信息采集与处理模块,形成开放的分层信息采集与处理结构。结构的底层节点由多个传感器信息采集和预处理模块(包括解耦和滤波等)构成,得到的处理信息通过合适的物理通道传送到决策层计算机,形成一个从环境信息到机器人动作序列产生的过程。

    选择实时性强且易于扩展的物理通道,可以增强控制系统的外部传感扩展能力。在仿人机器人运动控制系统中,上下位机之间通过PC/104总线和 RS232串行总线交换信息。当系统需要扩展外部传感器时,由于PC/104总线的有限驱动能力,通过PC/104总线只能扩展相当有限的外部信息传感器且扩展不便(涉及到地址的重新分配等问题);RS232串行总线不能满足高速实时信息传输与处理要求,因此考虑采用现场总线方式,如CAN总线,作为外部信息传输通道,同时设计其与上位机的通信接口。理想信息采集结构如图1所示。


    图1理想的信息采集网络

    图1所示的信息采集结构,具有较强的易扩展性和较高容错性能。每一个外部信息传感器都可以独立设计;在整个信息采集结构中,每个模块都是对等的,之间可以点对点通信;上位机可对各个传感器信息处理模块的广播,信息处理模块的增减不会对整个信息传输通道产生影响,有利于传感器及其处理模块的扩展和维护。另外,从底层通信协议角度而言,这种采集结构亦具有较高容错性能。

    力/力矩传感器的电路结构及工作原理

    五维力/力矩传感器的电路结构如图2所示。传感器基本采集处理原理:当传感器受到外力或外力矩作用时,弹性体产生形变,导致全桥桥路中的应变片阻值发生改变,改变桥路输出电压;桥路输出电压通过前置滤波与放大进入SoC,通过A/D变换得到的数字信号通过CAN总线或
    RS232传输到上位机。

    力/力矩传感器与控制系统的电路接口设计方法

    接口电路的基本功能
    仿人机器人底层控制器与上位机接口采用PC/104总线方式,力/力矩传感器信息传输采用CAN总线结构,因此需设计CAN总线与PC/104总线之间的接口,实现已有控制系统与传感器之间的通信及对力/力矩信息的预处理,如图3所示。


    图2传感器电路原理


    图3接口电路基本功能和结构

    接口电路的硬件结构与基本设计原理
    综合考虑接口电路对主处理器的要求,如对力/力矩信息的实时处理能力、外设扩展能力等,选用TMS320LF2407作为主处理器,通过对CAN总线和双端口RAM的读写控制,实现力信息的读取、预处理和上传。接口电路基本原理如图4所示。

    选用TMS320LF2407作为主处理器。它采用实时信号处理体系结构,可达到30×106条指令/s的执行速度,供电电压为3.3V,功耗低,片内外设中集成有控制器局域网络(CAN)2.0B模块和SCI模块。

    传输数据主要包括两个力/力矩传感器的五维力信息和经过预处理得到的数据,因此双端口RAM选用IDT7132(2K×8bit)。一个端口接 PC/104总线的数据线、低位地址线、高位地址译码产生的选通信号以及读写信号,译码通过MAX7032,根据上位机的空闲地址分配RAM地址;另一个端口接经过电平转换的DSP数据线低位地址线、高位地址译码产生的选通信号以及读写信号,通过SN74LV08A译码,分配的地址为F800~FFFF,通过SN74LV245A完成总线驱动和电平转换。


    图4接口电路原理图


    图5力信息采集与预处理基本流程

    选取PCA82C250T作为驱动CAN控制器和物理总线间的接口,提供对总线的差动发送和接收功能。同时利用DSP的SCI模块扩展了一路RS232串口,选用3.3V供电的RS232驱动器MAX3320作为串口驱动器,与PC机进行通信。

    接口电路的软件流程
    接口电路驱动程序中,首先对DSP进行初始化设置,包括定时器初始化和 CAN模块初始化以及在IDT7132中设置平滑数据队列等;然后向发送邮箱中写入0或1,即对传感器清零或者请求发送数据;接收到数据之后,将数据从接收邮箱中读入平滑数据队列中,进行平滑数据处理,供上位机查询和读取。

    在DSP的初始化设置中,首先通过设置MCR寄存器来配置CAN引脚;初始化位定时器主要是设置寄存器BCR1和BCR2,决定CAN控制器的通信波特率、同步跳转宽度、采样次数和重同步方式。对邮箱的初始化主要是设置邮箱的标识符;对发送的数据区赋初值,需要清零传感器返回值时,数据区赋值 0,需要读取数据时,数据区赋值1。发送信息首先要使能发送邮箱,然后设置发送请求位,等待发送中断标志位置位,若为1,则发送成功,最后清除发送中断标志位和发送应答位。接受信息时,要对接收邮箱进行初始化,设置标识符以及与标识符相关的局部屏蔽寄存器(LAM);然后等待接收中断标志位MIFn置位,若MIFn=1则接收成功,最后清除接收中断标志位和接收信息悬挂位。接收数据后,根据传感器解耦矩阵完成数据解耦及平滑滤波。

    根据文中提出的设计方法,已设计相应的电路,实现了对力信息的实时采集和传送。所设计的系统能够完成力信息采集和平滑预处理工作,但还没有加入对力信息的数字滤波设计。通过对所采集的力信息数据的特性分析,下一步将在软件流程中增加数字滤波部分,使获取的力信息能够更加真实地反映机器人所受到的地面反力信息,使力信息能够应用于仿人机器人的大回路控制。



  • CAN总线在组合机床电控系统通信中的应用 (图) 2017/10/22 10:25:44
  • 引言
    现代组合机床装备了大量的电子设备来满足加工精度、加工速度等要求,如果采用常规的点到点方式,直接把12V/24V电源连到负载设备上(如电机、液压泵等),用开关使电路闭合,势必造成导线数量不断增加,而有限的布线空间则在相对减少。此外,这些电控单元还要进行复杂的控制决策运算,包括从周边设备收集信息,发出控制命令,再根据反馈的信息做下一步的决策等。这一过程需要不同的电控单元之间进行通信,彼此影响。这些是不能通过简单的连接所能实现的。
    有多种信息传输手段可以实现不同的电控单元之间的通信,如常用的RS-232、RS-485和CAN。RS-232虽然应用广泛,但是传输速率较低,传输距离较短,抗干扰能力较差,而且最重要的是它只适合点对点的连接方式;RS-485也是一个常用的通信规范,它可以实现半双工的总线型的网络,总线上允许连接多收发器,即具有多站能力;而CAN(控制器局域网)具有现场总线的特征,与RS-485相比,CAN的信号形式更适合于热插拔,而且它的网络层协议在满足模块间通信高实时性要求的同时,与定时触发的TIP相比更适合不定时传送信息的要求。CAN继承了集散控制系统(DCS)的优点,可以更方便地构建模块间通信网络。
    本文介绍利用CAN总线,实现组合机床电控系统间通信的系统设计与应用,给出模块控制器以及监控PC机的CAN总线接口的硬件设计,和应用层协议软件的设计思路。

    系统的描述
    ● 系统的组成及网络结构
    系统的组成如图1所示,系统由监控主机、并联组合机床电控的数据采集模块和CAN总线组成。

    本文研究的组合机床采用了上述CAN总线接口的微处理器系统。该系统包括数据采集和加工过程控制两部分,前者由挂接在CAN总线上的数据采集单元完成,主要是从总线上收集有关组合机床的运行数据(由组合机床上的控制单元提供),进行一些基本的数据处理和诊断,如有关传感器、执行器是否失效,然后将有关数据和加工状况存储在扩展的EPROM中,在适当时刻将存储的数据通过RS232总线上传到监控主机(PC)进行分析。实际上可以直接把PC机挂接在CAN总线上。加工过程控制运行在PC机上,主要是处理由数据采集系统发送的数据,如动力头转速、进给量、切削深度等。这种分层处理的好处在于可以更好地利用PC数据处理能力以及已有的一些控制软件资源,并且可以脱机处理。
    监控主机通过CAN总线从各模块获取现场控制数据,监控整个系统的工作状态,控制各模块的投入和退出,完成人机对话,响应近端和远端的操作。
    各个组合机床电控单元间以及模块与监控主机之间通过CAN连接通信,通信网络拓扑结构采用总线式结构。
    这种结构的特点是多个节点共用一条传输线,结构简单、成本低;采用无源抽头连接,可靠性高。信息的传输采用CAN通信协议,线路利用率高。传输介质为双绞线,如需进一步提高抗干扰能力,还可在控制器和传输介质之间加接光电隔离。
    ● 硬件介绍
    硬件包括TMS320LF2407A与CAN总线的接口、监控机与CAN的接口。其中LF2407A与CAN总线的接口如图2所示。


    由于LF2407A内嵌CAN控制器,因此它的CAN总线接口只需一个完成电平转换和线路驱动的驱动器PCA82C250TPCA82C250T是CAN协议控制器和物理总线的接口,对总线提供差动发送能力,对CAN控制器提供差动接收能力,完全符合“ISO11898”标准。在CAN总线的网络终端,总线上需加一个120Ω的匹配电阻。
    监控机使用了工业控制用PC机,与CAN的接口用一块CAN总线通信接口适配卡实现,适配卡插在PC机的扩展槽内。
    ● LF2407A的CAN控制器
    LF2407A的CAN控制器是一个16位的外设模块,可以通过设置或读取内部寄存器来访问CAN控制器。LF2407A的CAN控制器由可编程位定时器和6个邮箱组成。邮箱方式是CAN控制器的特点,邮箱是一个48×16位的RAM空间,此空间分为6个邮箱,每个邮箱由邮箱标识寄存器、邮箱控制寄存器及4×16位的存储空间组成,其中邮箱0和邮箱1是接收邮箱,邮箱4和邮箱5是发送邮箱,而邮箱2和邮箱3则可随意配置成发送或接收邮箱。CPU以统一的内存编址来访问这些邮箱寄存器。
    LF2407A的CAN控制器支持CAN2.0协议,有自动重发功能,支持数据帧和远程帧,数据收发采用邮箱方式,可工作在标准模式和扩展模式,有可编程位定时器,可编程实现总线唤醒功能,可对中断配置编程。TMS320LF2407A芯片的这些特点方便了系统功能的实现。

    CAN网络发送周期
    CAN网络发送周期如图3所示。该图为在其他站处于等待状态时,一次成功发送周期的时序图,成功发送周期=传输时延+传输时间。


    由于CAN网络的信息传递是基于ID优先权的竞争机制仲裁。当t时刻发生在A节点仲裁场结束之前,即有不少于两个站同时发送时,需根据优先权的比较结果,决定发送站的成功发送周期时序。这里的“同时”可定义为,“当节点A发送信息时,另一个节点B在t时刻发送信息,若t时刻发生在A节点仲裁场结束之前,则称A节点和B节点为同时发送信息”。在仲裁场结束之后,信息的成功发送周期由优先权的比较结果决定。此时,优先权高的占据总线,信息得以成功发送,优先权低的发送失败,等待下一次发送。此时若A的优先权高于B的优先权,成功发送周期不变。否则,则成功发送节点为B节点,成功发送周期为B节点的发送时间加上两节点同时发送进行优先权比较时A节点的仲裁场时间,即
    成功发送周期=传输时间+2×最大传输时延+仲裁场时间
    若t时刻发送在A节点仲裁场结束之后,则B节点等待下一次发送,成功发送周期不变。

    CAN控制器的编程
    ● 包过滤功能的编程
    CAN结点对数据包的选择接收是通过接收包过滤功能来实现的。在数据链路层LLC(逻辑链路控制)子层实现数据包过滤。只有符合一定条件的数据包才会被该节点接收,其他数据包在底层即被丢弃。因此只要在发送节点为数据包设置正确的标示符,即可将其发送到指定的一个或多个节点。利用CAN总线端口验收码AC,验收屏蔽码AM,报文标识符ID的关系,即可实现上述目的。设目的CAN端口验收码、验收屏蔽码分别为AC、AM,则源CAN端口报文标识符ID设置应满足如下条件,(ID.10~ID.3)或(AC.7~AC.0))或(AM.7~AM.0)=11111111B。应用中可以灵活设置CAN节点的验收码和验收屏蔽码,达到点对点,一点对多点,以及多主机的工作方式。
    ● 波特率设置的编程
    CAN总线的传输速率与两个节点之间最大距离有关,如表1所示。表中还同时给出了LF2407A的可编程位定时器的数值。这些值还与LF2407A的主时钟频率有关,表中的数值是在主时钟频率为16MHz下得到的,一般地可以按下面的公式计算位速率。
    波特率=ICLK/[(BRP+1)+BitTime]
    其中ICLK为DSP的系统频率,BRP由总线时序寄存器0(BTR0)决定。
    BitTime=(TSEG1+1)+(TSEG2)+1
    其中TSEG1和TSEG2由总线时序寄存器1(BTR1)决定。
    ● 帧结构设计
    按照CAN2.0规范,CAN总线上传送的报文由3~11个字节组成,其中包含3个字节的控制字节和0~8个数据字节,见表2。
    其中,方向位决定一半的优先级,而剩余的优先级由节点地址决定,低地址优先级为高。当方向位为“1”时,地址域是源节点地址(从节点到主节点),优先级由地址决定;当方向位为“0”时,地址域是目标节点地址(主节点到从节点),优先级由地址决定。类型的三个比特可以有多个取值,10×为单帧(广播),111为非结束多帧(广播),110为结束多帧(广播),00×为单帧(点对点),011为非结束多帧(点对点),010为结束多帧(点对点)。每帧字节数用五个比特表示。忙信号位表示主节点正在与某一从节点通信,如果有另外从节点提出与主节点通信的要求时,主节点就向此从节点发出忙反馈信号,通知此节点稍后再与主节点通信,否则,从节点会连续向主节点提出通信请求,如果一直未收到任何响应,此节点会发出报警信息,从而会造成通信系统的误操作。控制命令表示该帧所传送消息的具体意义,可对各个消息(如测量、调整、控制等)编码,实现模块间的信息交换以及对外界的安全保密。

    系统的软件
    ● 主控节点的确认
    为了使连接在一起的组合机床电控单元模块能够协调工作,在所有入网的模块中动态地确立一个主模块。所有非主模块的数据基准取自主模块。为了适应模块热插拔的要求,并避免主模块故障导致系统的工作失常,主模块是动态确立的。每隔一定的时间间隔,各个模块都要广播一个“争主”请求,如果有已经确立的主模块,则主模块广播一个“反对”应答,禁止其他模块成为主模块;如果尚未确立主模块、或者已经确立的主模块因故障而不能发出“反对”应答,则发出“争主”请求的模块就可以成为新的主模块。利用多主竞争的原则,在某一主机失效的情况下,由其他从机竞争成为主模块,代替原有主机的地位,这样的机制可以保证整个系统不会因为一台通信主节点的瘫痪造成整个组合机床电控单元间通信系统的瘫痪。
    ● 监控主机的软件
    用一台工控机作为监控机,通过适配卡与CAN连接。在监控机上用VB6.0编写监控的操作软件,并且把监控机作为局域网上的一台操作服务器,用户通过它可以对各个模块进行操作。

    结束语
    本文介绍了TI公司TMS320LF2407A芯片中内嵌CAN控制器的特点,并在其基础上把CAN总线技术应用在组合机床电控数据通信系统的设计与实现中,该系统主要采用了高性能的DSP芯片和适配卡,通过灵活的通信协议和接口的设计,使系统满足CAN总线短突发、高实时性、高数据率的要求。此系统还可以应用到其他工业控制领域,具有广泛的应用前景。




    来源:xiangxueqin
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