基于CAN總線的平地機(jī)自動找平系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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平地機(jī)是一種平整場地、路面的機(jī)械，作業(yè)時其鏟刀相對于地面的位置決定工作質(zhì)量，即路面的平整度。鏟刀安裝在一個可水平回轉(zhuǎn)、垂直擺動和橫向伸縮的機(jī)架上，通過控制液壓油缸的動作，控制鏟刀升降、回轉(zhuǎn)、傾斜、引出，以及鏟土角度變換。由于操作復(fù)雜，要求操作員具有嫻熟的操作技術(shù)，根據(jù)平地機(jī)行駛狀況不斷調(diào)整鏟刀，使路面平整。因此該作業(yè)過程對操作員技術(shù)要求特別高，而且勞動強(qiáng)度較大。為了提高作業(yè)效率和和施工精度，這里提出一種基于CAN總線的平地機(jī)自動找平系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
2 自動找平系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2．1 CAN總線簡介
CAN(Controller Area Network)總線即控制器局域網(wǎng)，是應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，主要用于監(jiān)控各種過程設(shè)備。CAN總線作為一種多主方式的串行通訊總線，其基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求高位速率和高抗電磁干擾性，而且能夠監(jiān)測產(chǎn)生的任何錯誤，具有成本低、總線利用率高、數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)(長達(dá)10 km)、數(shù)據(jù)傳輸速率高(高達(dá)1 Mb／s)、可靠的錯誤處理和檢錯機(jī)制以及發(fā)送的信息遭到破壞后可自動重發(fā)等特性；CAN總線作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善與成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，已廣泛應(yīng)用于各個自動化控制系統(tǒng)。因此，CAN總線具有不可比擬的優(yōu)越性。
2．2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
自動找平系統(tǒng)可使平地機(jī)按照操作員預(yù)先設(shè)定的縱坡和橫坡值進(jìn)行自動控制，從而使平地機(jī)自動操作，保證平地機(jī)按照設(shè)定值精確平整路面。該控制系統(tǒng)包括橫坡、縱坡傳感器、比例閥組、操作界面以及控制器，如圖1所示。
其中橫坡、縱坡傳感器測量鏟刀的位置參數(shù)信息、比例閥組控制鏟刀油缸、操作界面用于設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)、施丁參數(shù)及顯示鏟刀實(shí)時位置參數(shù)信息，而控制器則用于接收傳感器采集的實(shí)時信息。
傳感器及操作界面通過CAN總線與控制器相連，控制器的信號輸出端與比例閥組的信號輸入端相連，比例閥組與平地機(jī)的液壓系統(tǒng)相連。
2．3 系統(tǒng)工作腺理
采用縱坡傳感器和橫坡傳感器分別測量鏟刀的縱坡、橫坡值，將測量到的實(shí)時信息通過CAN總線傳送至控制器?？刂破鲗⑵渑c保存在系統(tǒng)中的設(shè)定值相比較，再將相應(yīng)的PWM信號輸出到比例閥組。比例閥組控制鏟刀油缸進(jìn)行相應(yīng)升降，從而保證系統(tǒng)按照設(shè)定的橫坡值及縱坡值精確施工。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3．1 系統(tǒng)組成原理及接口電路
基于CAN總線的單片機(jī)平地機(jī)自動找平系統(tǒng)的組成原理如圖2所示，其中硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是單片機(jī)與總線之間的接口設(shè)計(jì)，具體接口電路設(shè)計(jì)如圖3所示。
數(shù)據(jù)采集點(diǎn)中的單片機(jī)通過輸入模塊采集模擬量和開關(guān)量，并對其處理，傳輸至CAN控制器的發(fā)送緩沖區(qū)，然后啟動CAN控制器發(fā)送命令，此時CAN控制器將自動向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，無需單片機(jī)干預(yù)。若系統(tǒng)中有多個CAN控制器同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，則CAN控制器通過信息幀中的標(biāo)識符進(jìn)行仲裁，標(biāo)識符數(shù)值最小的CAN控制器優(yōu)先使用總線。當(dāng)控制器執(zhí)行節(jié)點(diǎn)中的CAN控制器監(jiān)測到總線上有數(shù)據(jù)時，其自動接收總線上的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)存入接收緩沖區(qū)，并向單片機(jī)發(fā)送接收中斷，啟動單片機(jī)中斷接收程序，從CAN控制器的接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，并對其處理后通過輸出模塊輸出，從而控制被控對象。
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