電液伺服機構與CAN總線接口設計

1前言

　　在新型導彈制導和控制系統(tǒng)中采用總線式的數據傳輸方案，是解決現行的導彈飛行控制系統(tǒng)中，通過點對點直接連接的電纜網傳輸模擬信號造成的結構復雜、可靠性低、系統(tǒng)的電磁兼容性與抗毀傷能力等諸多弊病的一個較好的途徑。電液伺服機構是導彈控制系統(tǒng)中重要的組成部分。它的性能往往嚴重影響到導彈的控制精度，甚至決定飛行的成敗。在總線式導彈控制系統(tǒng)中，導彈電液伺服機構將作為總線上的一個節(jié)點掛接在總線上，因此必須設計一個將總線與電液伺服機構連接起來的接口。導彈總線式控制系統(tǒng)結構如圖1所示。

　　在導彈飛行中，慣性敏感元件獲得導彈的飛行參數后，送到彈上計算機，經過計算機運算后形成控制指令，指令被送到導彈的電液伺服機構，通過導彈電液伺服機構的作動筒的動作來控制導彈的飛行彈道。

　　1.1　CAN總線

　　CAN(Controller Area Network)即控制器局域網絡。CAN總線是一種多主站局部網絡，能夠有效支持分布式控制系統(tǒng)或實時控制系統(tǒng)的通信功能;它采用雙線串行通信方式工作。微處理器可通過CAN控制器掛到CAN總線上，它具有較強的檢錯功能以及優(yōu)先權和仲裁功能，可在高噪聲環(huán)境中使用，其傳輸速率可高達1Mb/s。

　　1.2　PC/104

　　PC/104是工業(yè)嵌入式PC的機械電氣標準。它的制定，為嵌入式應用提供了標準的系統(tǒng)平臺。PC/104總線與PC/AT總線(ISA)完全兼容。它符合IEEE-P996標準，所有信號電平與TTL兼容。PC/104模塊一般提供6mA的總線驅動能力，可驅動15個低功耗的TTL負載。與普通的工業(yè)控制機相比，PC/104總線具有如下特點：

　?、?PC/104模塊與PC機軟、硬件完全兼容，可以利用現有的較豐富和成熟的硬件、軟件開發(fā)工具及方法、設計知識等資源，開發(fā)周期短，成本低。

　?、?PC/104模塊體積小，功耗低，無需散熱，可層疊，具有系統(tǒng)級的性能，芯片級的大小。

　?、?模塊之間采用獨特的縱向層疊或側向接插的結合方式，模塊層疊后四角還有支柱和螺釘固定，可靠性高，配置靈活方便，便于故障的排除和修理。

　?、?外圍模塊齊全，用戶可以選擇各種不同的功能模塊，設計滿足不同需要的專用系統(tǒng)。

　?、?工作溫度范圍寬，一般在0-70度。

　　⑥ 大多數模塊采用單+5V電源，降低了系統(tǒng)對電源的要求。

　　2　接口硬件設計

　　根據實際系統(tǒng)的要求，本接口的功能主要是：實現與彈上計算機的通信，在控制系統(tǒng)中作為一個終端接收彈上計算機傳來的指令和數據，進行控制算法的運算及執(zhí)行D/A、A/D轉換，并將伺服機構的運動信息和狀態(tài)數據傳輸給彈上計算機。

　　接口與CAN總線之間的傳輸介質采用屏蔽雙絞線，接口硬件采用基于PC/104總線標準的模塊，主要有： D/A和A/D模塊、處理器模塊、外部存儲模塊、雙向驅動及時序控制模塊、CAN總線通信模塊。如圖2所示。

　　1)D/A模塊

　　在本設計中，我們選擇美國AD公司的AD7547數模轉換器。它是一種雙12位電流輸出的DACS(數據收集與控制系統(tǒng))，具有以下特點：較寬的工作電壓(12-15V);抗電源電壓干擾性能好;緊湊的封裝形式(24腳0.3英寸DIP封裝);低增益誤差。它可以和大多數的微處理器配合使用，能夠兼容TTL、CMOS電平。通過獨立的參考電壓和反饋電阻，還能夠提供四象限的乘法器功能。其內部主要包括三個部分：控制邏輯電路、A路數模轉換電路和B路數模轉換電路。其中邏輯控制電路通過簡單的三個控制信號：CSA，CSB及WR來選擇相應的模數轉換器，同時鎖存需要轉換的數據。A路數模轉換電路的基本控制原理為：通過CSA與WR控制信號，將12位的轉換數據一次鎖存入A路轉換電路的數據寄存器中，A路轉換電路開始進行數模轉換，將轉換后的模擬量輸出。B路轉換電路的控制原理與A路類似。