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新型CAN智能电动执行器的设计

控制器局部网CAN(Controller Area Network)属于现场总线的一种，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，被公认为是*有前途的现场总线之一。
　　在工业控制系统中，电动执行器是电动单元组合仪表中一个很重要的执行单元。它由控制电路和执行机构两个在电路上完全独立的部分组成，可接收来自调节器的电控信号，将其线性地转换成机械转角或直线位移，用来操纵风门、挡板、阀门等调节机构，以实现自动控制。近年来，随着微电子技术和控制技术的迅速发展，电动执行器也获得了快速发展，特别是国外一些生产厂商在这几年中相继推出了常规的、带现场总线通信协议的智能电动执行器，而CAN智能电动执行器就是*有发展潜力的一种。

　　本文介绍的CAN智能电动执行器采用无刷直流电机控制，控制精度高，实现了数字化的阀位检测，可提高阀位测量的精度和可靠性，能取代现行普遍采用的电位器和差动变压器模拟测量方法。

　　控制电路的硬件设计
　　整个电路主要由五个部分组成：单片机P89C58为主的主机部分，由SJA1000、82C250、光电隔离电路等组成的CAN总线控制及接口部分，由无刷直流电机专用控制芯片MC33035组成的电机控制部分，阀门位置检测部分和LCD液晶显示部分。

　　1 CAN总线及接口部分
　　CAN总线控制及接口如图2所示，主要包括独立CAN通信控制器SJA1000、CAN总线收发器82C250和高速光电耦合器6N137。
　　单片机P89C58首先对SJA1000进行初始化，控制SJA1000实现数据的通信任务。SJA1000的AD0～AD7连接到89C52的P0口，CS连接到89C52的P2.0口，其余的引脚分别对应相连。
　　为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接与82C250的TXD和RXD相连，而是经高速光耦6N137后再与82C250相连，这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。82C250与CAN总线的接口也采用了一定的**和抗干扰措施，它的CANH和CANL引脚与CAN总线之间各串联一个5Ω的电阻，这样可起到一定的限流作用，保护82C250免受过流的冲击；还可以在CANH和CANL引脚上并联小电容，起到滤除总线上的高频干扰和防电磁辐射的作用。82C250的Rs脚上接有一个斜率电阻，电阻大小可根据总线通信速度适当调整，一般在16～140kΩ之间。

　　2 电机控制电路
　　该电动执行器里电机控制芯片采用了安森美公司开发的高性能**代单元无刷直流电机控制器MC33035。该控制器内含可用于正确整流时序的转子位置译码器，以及可对传感器的温度进行补偿的参考电平；同时，还具有一个频率可编程的锯齿波振荡器、一个误差信号放大器、一个脉冲调制器比较器、三个集电极开路顶端驱动输出和三个非常适用于驱动功率MOSFET的大电流图腾柱式底部输出器。
　　该电机控制电路的功能包括PWM开环速度控制、使能控制和正反转控制。电机的转速控制是利用4-10位译码器/驱动器74LS145的功能，由单片机P89C58给出信号，通过分压电路提供给引脚速度电压来实现的。

　　电机的使能控制和正反转控制信号也由单片机控制，发出电平信号给89C2051，进行电平转换后输出给MC33035相应的管脚来控制电机的工作状态。

　　3 阀门位置检测电路和液晶显示
　　为了实现阀位的数字化检测，在A/D转换电路中采用了ADI公司的16位∑-△(电荷平衡式)A/D转换器AD7705。AD7705包括由缓冲器和增益可编程放大器(PGA)组成的前端模拟调节电路、∑-△调制器及可编程数字滤波器等，能直接将来自传感器的不同摆幅范围内的信号放大到A/D转换器满标度电压附近，再进行A/D转换，实现了0.003%精度的非线性16位无误码数据输出；其增益和数据输出更新速率均可编程设定，还可选择输入模拟缓冲器，以及自校准和系统校准方式。通过外接高精密导电塑料电位器传感器，由基准电压值分压后所得电压值即反映了阀门位置值。

　　系统采用TRULY公司生产的128×64点阵液晶，它的所有控制器、扫描电路和显示RAM集成于液晶屏背面，并带有LED背光。该模块采用单电源供电，由大规模点阵式显示控制器KS0107、液晶屏阵列驱动电路KS0108、显示存储器和液晶屏等4部分组成。

　　智能执行器软件设计

　　软件设计主要包括三个方面：CAN总线通信模块、电动执行器的控制和LCD显示。
　　CAN总线通信部分可将SJA1000初始化，在其初始化完成以后回到正常工作状态，将执行器的运行情况通过总线向上位机传送，而且操作者可以从上位机下达控制指令来操作执行器。
电动执行器的控制部分主要实现阀门的位置控制功能，还可以通过控制电机的转速来控制阀门的闭合速度。LCD显示部分主要显示阀门的阀位情况和执行器的工作情况，还可以显示上位机给执行器发出的控制信号。

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