新型摊铺机智能控制器的设计与应用

摊铺机控制器是摊铺机工作的操作中心，控制着摊铺机的发动、行走、送料、找平、摊铺等动作，并通过各种仪器仪表显示整机的工作状态，是操控和监视摊铺机工作的平台。开发先进的智能控制器能大大提高摊铺机整体自动化水平和档次，目前国外许多知名品牌摊铺机厂家如ABG、戴纳派克等，都推出了带有智能控制器的摊铺机。本文按照摊铺机工作特点，在消化吸收ABG公司先进技术的基础上，按照全电子控制摊铺机开发要求，应用CAN总线技术设计了一种新型具有自主知识产权的智能控制器。该智能控制器能够有效控制摊铺机各个机械动作并集中监测显示工作状态，与传统产品相比，具有以下特点：（1）使用单片机系统进行控制，技术先进、集成化程度高；（2）更好地实现人机交互界面，显示界面简单美观且更加友好；（3）使用CAN总线技术，实现数字化、双向通信，通信实时性强、灵活性高，硬件易扩展；（4）方便拆装和携带，接线线路简化，可根据需要放置在摊铺机的任何位置。
　　1、CAN总线结构及系统控制方案
　　摊铺机系统复杂，其控制系统包括摊铺机行驶系统、发动机电控系统、送料系统，大臂、熨平板和自动找平控制系统，显示及报警系统、通信系统等。采用多CPU控制的基于CAN总线的全电子控制系统，使智能控制器、送料控制、运动控制等都成为一个节点连接在CAN总线上。该系统结构图如图1所示。

　　智能控制器的设计目的是实现摊铺机的全电子控制，提供一个高质量、人性化的硬件平台和可靠的软件控制系统。因此，硬件采用带CAN控制器的单片机芯片作为CPU，各个外设通过各自接口电路进行连接和通信；软件采用程序模块化设计、主程序实时查询的方式执行。各个控制模块设计方式及其所需达到的功能如下：
　　（1）主机控制模块。包括主控制系统、键盘系统、模数转换系统、LED反馈指示系统、LCD显示系统、面板设计等。主控制系统配合和协调各个子系统正常工作；键盘使用薄膜按键取代传统的按钮式或拨动式开关，按键响应动作合理，避免按键误读；使用集成模数转换电路的CPU，优化电路设计；LED和LCD显示简单美观，并能故障报警。
　　（2）输入输出控制模块。包括接收电位计的AD输入、电磁阀开关量输出及其放大电路等。硬件采用光电隔离，软件使用抗干扰技术，保证输入输出信号的准确性。
　　（3）通信接口模块。包括RS232C接口系统、CAN通信接口系统、光电隔离。要求智能控制器能够与PC机及摊铺机上其它CAN总线节点实时、可靠通信，具有检错和纠错能力。
　　（4）电源模块。使用2套隔离电源系统稳定供电，避免电压波动过大，具有抗外界干扰能力。
　　智能控制器硬件采用工程机械专用的微处理器和性能成熟可靠的元器件，具有防尘、防振、防水、驱动能力强，各输出点具有短路和过载保护，配有CAN通信接口等特点；软件采用模块化设计，保证系统响应实时性，便于程序的升级、修改、调试和移植。
　　2、硬件设计
　　智能控制器中微处理器采用PIHIPS带CAN控制器的8位P87C591单片机，该单片机支持CAN2.0B通信协议，具有6路复用模拟输入的10位ADC变换器和片内看门狗定时器，以及带字节主从功能的I2C总线串行I/O口。P87C591具有CAN的扩充特性，其中包括增强型验收滤波器，支持系统维护、诊断、系统优化以及接受FIFO特性。以P87C591为核心的智能控制器结构方框如图2所示。

　　智能控制器硬件功能和特点：
　　（1）控制器带有CANBUS接口，可与CAN总线上其它节点进行CAN通信。只有一路RS232C串行端口，可与PC机通信。
　　（2）电位计控制器信号（模拟信号）输入电路包括一个6输入模拟多路复用器（6AI）和一个10位标准二进制逐次逼近式ADC，只有2路开关量输出（2DO），用于电磁阀控制。
　　（3）高亮显示的LED能直观显示当前的工作状态，LED接口电路采用3片串行输入并行输出的移位寄存器74LS164进行扩展，共驱动24个LED。这种方式硬件电路简单，占用较少的I/O口。
　　（4）CAN收发器采用高速收发器TJA1040，分别为总线和CAN控制器提供差动的发送和接收功能。6N137为高速光电耦合器，将微处理器与CAN总线的电源隔离，抑制干扰。
　　（5）控制器模板带有键盘接口，可直接与薄膜开关键盘电路相连。键盘为42个键，根据摊铺机控制需求和操作规程合理布局，其中有6个是备用按键。
　　（6）控制器模板带有LCD接口，可直接与LCD显示器相连。LCD显示器用于形象、直观地显示摊铺机状态参数、历史数据、实时工况、报警与故障诊断数据，并提供设置参数界面。
　　（7）采用2套隔离电源：工作电压为24V、GND，供电电压为5V、GND，可安全有效地保护控制器不受外来的干扰和破坏。
　　3、软件设计
　　软件开发系统使用广州周立功单片机公司的TKS-591S仿真器、EASYPRO-100编程器和ZLG7290DEMO板作为一套仿真器材，程序设计中采用KeilC51语言来实现功能。系统程序结构如图3所示。主控程序通过调用模块子程序来实现功能，子程序中，LED驱动、RS232C驱动以及LCD显示器驱动可直接调用开发系统中相关