基于ＣＡＮ总线的虚拟测控网络设计

曾慧敏　江　华　干树川　方　宁

[摘要]设计一套具有交互式图形界面的直流电机虚拟测控网络,它由下位机现场监控、现场总线通信和上位机集中管理三部分组成。该测控网络具有以下功能:(1)控制现场设备;(2)监视测试过程;(3)记录、整理并分析测试结果。

[关键词]CAN总线 虚拟仪器 LabVIEW 数据库

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0810050-01

一、引言

目前,许多工厂、学校的实验室中,现有的常规设备有的已经老化,有的技术上相对落后,而有些需要的功能却又不具备。实际使用中,技术的更新又会形成对仪器提出新的需求,也造成一些仪器的闲置。这些现象促使我们改革以往的传统仪器。虚拟仪器的出现较好地解决了上述问题。本文就是在次基础提出来的一种虚拟测控网络。

二、设计内容

本系统是对实验室现有设备直流电机进行控制的,它是由“PC机+CAN总线通信+下位机智能节点+晶闸管整流+直流电机”构成一套完整的虚拟仪器测控网络。其中,PC机为上位机即主节点,它即要负责接收从站(即下位机)发送来的数据并将电机的各个运行参量实时显示出来,同时对数据进行存储和分析,还要根据实际情况进行集中监控并将控制命令发送到从站节点实现对电机的控制。而从节点为带有各种CAN接口的测控模块,它主要由单片机和可编程的CAN通信控制器组成,负责将运行时的相关参数通过CAN总线传送给主站节点。

(一)上位机的监控程序

监控程序实现功能有:系统配置、数据采集与处理、数据库管理及报表生成与打印。其总体结构图如图1所示:

这里监控程序对连接在PC机上的CAN设备进行监控,并且利用这些CAN设备向CAN总线上接收/发送数据,它实质上就是一个CAN节点(主节点)。该程序就是用计算机软件来代替原有硬件设备实现的功能,这就是虚拟仪器的重要作用。

1.虚拟仪器

虚拟仪器的核心是以计算机作为仪器的硬件支撑,充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示以及文件管理等智能式功能,使之与PC机结合起来融为一体,这样便构成了一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同,同时又充分享用了PC机智能资源的全新的仪器系统。其中仪器的按键功能、面板和控件都是由软件形成的。

2.CAN总线通信配置

由于PC上一般不具备CAN接口,所以目前的CAN设备都是通过各种转接设备与PC机相连接,这里我们采用广州周立功单片机发展公司提供的微型并口CAN转换器CANmini。本测控系统同一时间需要监控的参量主要有电机的实时转速、电流、相位、给定转速/电流值以及给定的PID参数等。下面从两个方面分别介绍发送/接受协议。

(1)上位机发送下位机接受的协议

在BasicCAN模式下,CAN总线每帧最多可以携带8个字节的数据,字节1(数据源ID)代表本桢数据的来源,即上位机ID。字节2(命令字)代表上位机给下位机发送的命令,如表1所示。当命令字设定为各个参数时对应的数据由字节3、字节4、字节5表示,如表2所示。下位机接受到上位机发送来的数据后,将根据下述各表格决定执行的动作。

(3)下位机发送上位机接受的协议

上位机接受到下位机发送来的数据后将按照此下表3来解析数据。

3.监测监控系统的界面

监控界面只有一个屏,仪器的按键功能、面板和控件都是由软件形成的,所以它就是一个典型的虚拟仪器,监控程序的界面如图2所示。

(二)建立完整的虚拟仪器测控网络

下位机智能节点采用直流电机调速系统数字化控制器,结合上位机监控组成一个由“CAN监控程序+CANmini接口卡+CAN总线+CAN智能节点”构成的CAN测试网络。

(三)采集数据的数据库管理

直流电机测试系统采集数据是实时地连续采集,而且是采集大量数据。LabVIEW提供许多种文件输入输出操作,其存储数据的空间有限,因此,建立一个和数据库连接平台,是十分必要的。本文采用NI公司的Labview Add ODS中的数据库接口工具包LabVIEW SQL Toolkit直接对数据库进行访问,并选择数据库Access,从而实现对大量数据的管理与操作。

三、结论

经多次试验验证,基于虚拟仪器技术的该测控网络满足用户所要求的各种性能指标,可以大大缩短了试验周期。并且该系统为其它测试系统开发提供了应用方案,促进了虚拟仪器技术的发展,在工程中可以直接使用。

参考文献:

[1]陈伯时,电力拖动自动控制系统,北京:机械工业出版社,1992.5.

[2]邬宽明,CAN总线原理和应用系统设计,北京:北京航空航天大学出版社,1996.11.

[3]史久根、张培仁,CAN现场总线系统设计技术,北京:国防工业出版社,2004.10.

[4]雷振山,LabVIEW 7 Express实用技术教程,中国铁道出版社,2004.2.

作者简介:

曾慧敏(1979-),女,河南人,硕士,控制理论与控制工程专业,四川理工学院,助教。