圖1 橫機(jī)人機(jī)控制系統(tǒng)
1.1 橫機(jī)人機(jī)控制板功能需求
橫機(jī)電控系統(tǒng)中包括人機(jī)控制板和主控板兩個(gè)硬件平臺(tái)。
主控板對(duì)實(shí)時(shí)性要求高，一般采用前后臺(tái)系統(tǒng)或者是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，主要完成對(duì)花型文件指令的解析和運(yùn)動(dòng)控制單元的邏輯控制。
人機(jī)控制板完成參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)查詢、花型文件管理等人機(jī)交互過(guò)程，一般采用支持WinCE或Linux操作系統(tǒng)的工控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，功能需求：
l LCD液晶顯示接口，接VGA顯示器；
l CAN總線接口，與電機(jī)控制板、機(jī)頭控制板通信；
l USB Host，通過(guò)U盤進(jìn)行花型文件更新；
l TF卡，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
l 以太網(wǎng)接口，聯(lián)網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)；
l RS-485接口，備用。
1.2 橫機(jī)人機(jī)控制板設(shè)計(jì)難點(diǎn)
1. 機(jī)頭控制板失控與CAN總線通訊失敗
橫機(jī)運(yùn)行環(huán)境中不僅有強(qiáng)電、靜電，也包括大量電機(jī)產(chǎn)生的干擾信號(hào)?？蛻粼?span>CAN總線網(wǎng)絡(luò)中存在嚴(yán)重的共模干擾，異常現(xiàn)象：
l 開(kāi)機(jī)后CAN總線通訊失??；
l 運(yùn)行過(guò)程中機(jī)頭控制板概率性失控。
CAN總線電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，極易出現(xiàn)總線通訊不良甚至損壞整個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
2. VGA顯示畫面色彩失真與水波紋
工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)VGA顯示器常見(jiàn)異常包括畫面顏色失真，顯示出現(xiàn)百葉窗或水波紋等，均與VGA電路設(shè)計(jì)有關(guān)。VGA為模擬信號(hào)，輸入包括RGB信號(hào)、行同步、幀同步信號(hào)等，接口連接器同時(shí)引入電流環(huán)路互感的串?dāng)_，設(shè)計(jì)不當(dāng)易造成界面顯示水波紋、色彩失真等，威脅用戶體驗(yàn)效果的提升。
3. CAN總線應(yīng)用程序編程
新平臺(tái)CAN應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)如何快速入門？怎樣解決不同平臺(tái)間的軟件移植？相對(duì)于以太網(wǎng)、串口等標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用函數(shù)接口，不同的CAN控制器、不同廠家提供的CAN驅(qū)動(dòng)操作接口各不相同，對(duì)用戶應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)、跨平臺(tái)軟件移植提出了相對(duì)苛刻的要求。
1.3 我們的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
基于客戶的功能需求與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的困擾，致遠(yuǎn)電子采用模塊化設(shè)計(jì)思路，基于M3352核心板快速完成了人機(jī)控制板的開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品如圖2所示。
圖2 基于M3352設(shè)計(jì)的人機(jī)控制板
人機(jī)控制板實(shí)現(xiàn)框圖如圖3所示。
圖3 人機(jī)控制板實(shí)現(xiàn)框圖
人機(jī)控制板設(shè)計(jì)難點(diǎn)解析：
1. CAN總線接口電路實(shí)現(xiàn)
CAN總線設(shè)計(jì)采用致遠(yuǎn)電子成熟電路，同時(shí)外接CAN總線隔離收發(fā)器，具備電源隔離、信號(hào)隔離和總線保護(hù)的作用，電路如圖4所示。
在開(kāi)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，此設(shè)計(jì)可以保證人機(jī)控制板的CAN總線被強(qiáng)制上拉為高電平（隱性電平），避免系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間輸出的低電平信號(hào)（顯性電平）導(dǎo)致總線通訊失敗或網(wǎng)絡(luò)癱瘓。同時(shí)，此設(shè)計(jì)具有隔離與總線保護(hù)功能，可避免由于浪涌、干擾引起的總線錯(cuò)誤與設(shè)備失控。
圖4 CAN總線電路
2. VGA接口電路實(shí)現(xiàn)
VGA 電路采用專用10位視頻D/A轉(zhuǎn)換器件SDA7123，完成RGB三基色的信號(hào)轉(zhuǎn)換。匹配電阻R58與R64用于降低信號(hào)反射，以保證行同步信號(hào)（HSYNC）與幀同步信號(hào)(VSYNC)的傳輸質(zhì)量。接口濾波電路則用于解決電流環(huán)路互感引起的串?dāng)_。從信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸?shù)綖V波電路整體專業(yè)的設(shè)計(jì)，將有效避免水波紋和色彩失真等異?，F(xiàn)象的發(fā)生。
3. CAN總線接口應(yīng)用程序編程
M3352板載所有外圍接口的驅(qū)動(dòng)程序，免費(fèi)提供軟件API接口與開(kāi)發(fā)示例源碼，便于用戶快速掌握CAN總線等復(fù)雜通訊的編程方法。如程序清單1所示，CAN設(shè)備的操作幾行代碼即可實(shí)現(xiàn)。
程序清單1 CAN接口編程示例
1.4 經(jīng)驗(yàn)分享
橫機(jī)項(xiàng)目中客戶經(jīng)常采用CAN總線通信方式，但通信電纜由多股細(xì)銅線組成，線纜之間沒(méi)有雙絞，也缺少屏蔽，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中共模干擾嚴(yán)重，通過(guò)CANScope分析儀的FFT統(tǒng)計(jì)分析，干擾頻率約為15KHz，幅值高達(dá)5V，耦合能量極強(qiáng)，致使CAN數(shù)據(jù)幀的錯(cuò)誤率達(dá)到72%，根本不能進(jìn)行正常傳輸。
改進(jìn)建議：
l 將CAN通信電纜換成緊密的雙絞線(每米33絞），帶屏蔽；
l CAN節(jié)點(diǎn)采用CTM系列隔離收發(fā)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，與CAN總線進(jìn)行隔離并增強(qiáng)總線保護(hù)功能。
