自动操舵仪CAN智能节点的设计与实现.pdf

《自动操舵仪CAN智能节点的设计与实现.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第42卷第2期2013年04月船海工程SHIP＆0CEANENGINEERINGV01．42No．2Apr．2013DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2013．02．049自动操舵仪CAN智能节点的设计与实现周岗1，陈永冰1，孟云飞1，徐务农2(1．海军工程大学电气与信息工程学院，武汉430033；2．海军902厂，上海200083)摘要：在分析使用比较广泛的自动操舵仪结构的基础上，提出基于CAN总线自动舵的整体结构，简要介绍C8051F500单片机的CAN控制器及收发器。对自动舵的CAN通用智

2、能节点进行硬件和软件实现，制定节点标识符分配方案。关键词：自动舵；CAN；智能节点；标识符中图分类号：U666．11文献标志码：A文章编号：1671-7953(2013)02-0172-04传统的自动操舵仪内部通信方式并不灵活，也不利于实现全船的网络化。国内自动舵的研究侧重于理论方面较多，很少针对性地解决工程实际应用中出现的问题，大部分自动舵成品通信线路复杂。因此本文对通信总线采用CAN总线进行设计。CAN总线能够灵活地、实时地进行通信，为自动舵实现模块化结构、易于扩展、实现全船网络⋯化打下基础。CAN总线工作于多主方

3、式，构成的网络节点之间的数据通信实时性强，提高系统的可靠性和灵活性，而RS-485构成主从结构系统，通信方式以主站轮询的方式进行，系统的实时性差。本文重点分析自动舵信息传递的几种形式，设计以C8051F500为核心的智能通信节点，将多种信号通过智能节点发送到CAN网上，实现CAN网络节点通信以及数据共享。1系统基本工作原理及结构1．1自动舵的基本工作原理自动操舵仪工作时，通过负反馈的方式，不断地把罗经送来的实际航向与设定的航向值进行比较，将差值放大后作为控制信号来控制舵机的转舵，使船舶能自动地保持或改变到给定的航向上。

4、航向自动舵的系统内有两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。罗经过来的信号参与的外环和实时舵角信号参与的内环，是一个双闭环控制系收稿日期：2012—08—07修回日期：2012—08—27第一作者简介：周岗(1973一)，男，博士，讲师研究方向：船舶自动驾驶控制系统E-mail：jyzgzzt@163．corn172统‘2】。航迹自动舵不仅有舵角和航向反馈，还有船位信息送人了主控单元，形成一个反馈系统，见图1。图1系统工作原理1．2系统结构传统自动舵系统结构复杂，难于扩展，给检修带来了很多不便，采用CAN总线易于实现全船网络

5、互连、数据共享，具有很好的应用前景。其系统的基本结构见图2。罗经、GPS、计程仪、VDR、显示部件等设备节点挂接在总线上，将数据发送总线，需求信息的部件通过设置标识符读取总线上信息，实现了数据共享。R)CR图2系统结构原理图在CAN总线终端并联两个电阻是为了实现阻抗匹配，保证驱动能力，且可以防止信号反射。CAN总线的引入，把船舶集中式控制系统向分散自动操舵仪CAN智能节点的设计与实现——周岗，陈永冰，孟云飞，徐务农式系统进行转化。CAN智能节点挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统，为进一步构成自动化系统，

6、实现控制、报警、显示、监控、优化及管控一体化的综合自动化功能打下基础。2C8051F500CAN控制器及驱动器系统选取C8051F500芯片进行智能节点设计，C8051F500具有CAN控制器，用CAN协议进行串行通信。SiliconLabsCAN控制器符合Bosch规范2．0A和2．0B，方便在CAN网络上通信。2．1CAN控制器CAN控制器包含一个CAN核、消息RAM(独立于CIP-51的RAM)、消息处理状态机和模块接口构成‘3J。CAN核用于协议控制和消息串并转换，消息处理器用于控制CAN核和消息RAM之间的数

7、据传输，模块接口用于CPU与整个CAN控制器交换数据。C8051F500的CAN控制器有32个消息对象，可以被配置为发送或接收数据。CAN控制器原理框图见图3。竺业ri百：]一．CAN0(王G褂CANSYSCLK控CIP一51制胁器]MCU核．型12竺l一1图3CAN控制器原理使用CAN控制器的重点和难点是对CAN控制器的寄存器的实用，其内部寄存器的分类及其主要功能如下。CAN控制器协议寄存器：CAN控制、中断、错误控制、总线状态、测试方式。这些寄存器是：CAN控制寄存器(CANOCN)、CAN时钟配置寄存器(CANO

8、CFG)、CAN状态寄存器(CANOSTA)、CAN测试寄存器(CANOTST)、错误计数寄存器、位定时寄存器及波特率预分频(BRP)扩展寄存器。消息对象接口寄存器，用于配置向CAN总线发送和从CAN总线接收数据的32个消息对象。消息对象可以被配置为发送或接收，并被分配消息标识，以便所有CAN节点进行接收过滤。消息对象保存在消息R