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CAN总线技术在天线控制系统中的应用分析

发表时间：2021/3/26 来源：《电力设备》2020年第32期作者：王晓锋

[导读] 摘要：将CAN总线技术应用到天线控制系统中，能够提升天线控制系统的运行水平。

        （西安星网天线技术有限公司陕西西安 710075）
        摘要：将CAN总线技术应用到天线控制系统中，能够提升天线控制系统的运行水平。基于此，本文详细阐述了CAN总线技术在转换接口设计、PC测控、步进电机结构建设、伺服控制这几个天线控制系统方面中的应用，实现了对CAN总线在天线控制的应用分析，希望能够为天线控制系统的建设提供参考。
        关键词：CAN总线；天线控制；电机监控
        引言：CAN总线技术是测控应用技术体系中的重要组成部分，借助该技术来构建天线控制系统，能够减少线束的数量，并满足天线控制系统通过多个LAN实现大量数据高速通信的需求，增强系统运行效果，因此，应对CAN总线技术展开深入分析，使其得以更好地应用到天线控制系统中，以改善天线控制系统的运行效能。
        一、在天线控制系统中转换接口设计中的应用
        （一）CAN转换接口设计
        在天线控制线系统中，利用CAN总线技术，可以实现天线控制系统中各个控制单元之间的相互通信，实现系统整体的协调运行。在此过程中，由于现存控制单元的通信接口存在差异，因此，需要借助接口转换设备来实现数据的相互转换，保证通信的正常进行。在设计中，当前大部分天线测控设备均采用平衡传输的RS422接口，因此，需要采用协议转款接口来将这些接口接入到CAN总线中，形成一个完整的天线测控系统。此外，对于多路数据传输过程中可能会出现的数据拥塞问题，还需要在天线监控PC机与各测量设备元之间，构建一个合理的应用层协议，确保测控参数能够被准确的输送到监控PC处，以增强CAN技术在接口设计中的应用效果。
        （二）应用案例
        以某天线控制系统接口设计为例，该天线控制系统中用于测控的变频器、控制器、智能仪器的接口为RS-422接口，工作者在系统中配置了RS-422/CAN转换器，使系统中各个设备RS-422接口、转换器，接入到了CAN总线中，同时，还构建了自定义的应用层协议，以适应变频器、控制器、智能仪表的数据获取和控制。将上述设计投入到使用中之后，人们发现，控制系统的最大传输距离超过了1200m、最大传输速度也达到了1Mbit/s以上，而且传输稳定性也得到了极大的改善，由此可见，CAN技术在天线控制系统接口设计中具有良好的应用性能。
        二、在天线控制中PID测控上的应用
        （一）CAN/PID控制系统的应用
        PID测控技术属于一种自动控制技术，其具有参数整定简便、结构改变灵活等优势，经常被应用于天线控制系统的建设中。通常情况下，人们可以应用C语言、MATLAB语言等多种程序设计语言，来构建PID控制程序。在PID天线控制系统中，可以应用CAN总线技术，进行通信网络的建设，使PID控制系统能够获得更具时效性的控制决策依据。在此过程中，首先，应先选好PID控制系统的主控芯片。其次，使用嵌入式控制器的定时器，帮助系统实现周期采样。最后，利用CAN总线技术，构建出数据通信系统，使系统所采集的样本数据能够顺利传输至PID控制系统芯片处，以便于PID控制系统根据样本数据做出最优控制决策，提升天线控制系统的运行水平。
        （二）应用案例
        以某基于PID程序的天线控制系统建设为例，在该控制系统的建设中，考虑到PID控制对快速采样、计算的需求，因此，工作者采用了Cortex-M3内核微控制器STM32作为该天线控制系统的主控芯片。此后，在系统中设置了嵌入式定时器，确定了相应的采样周期。

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最后，采用CAN总线技术，构建了一个配套的通信网络，并借助CAN协议，使用通信数据编码代替了站地址编码，确保不同的节点，能够同时接收到相同的数据，增强了天线控制系统内部通信的时效性，而且形成了一个冗余结构，提高了PID控制结构运行的稳定性，让PID天线控制系统具备了更加优越的控制决策性能，有助于天线控制技术领域的发展。
        三、在天线控制步进电机结构建设中的应用
        （一）CAN步进电机结构建设
        步进电机属于一种控制用途电机，从本质上来说，可以将该类型电机看作一个数字模式转化执行原件，能够借助脉冲信号实现增量控制，相较于其他控制用途的电机，步进电机的运行成本低，使用便捷，因此，步进电机被广泛应用到天线控制系统中。将CAN总线技术应用到该电机结构中，能够帮助控制系统实时监测电机的运行情况，以便于系统其他部分与电机的协调运行。为电机系统加入基于CAN接口嵌入式处理器，可以地与中控芯片进行通信传输，增强天线控制系统的协调运行效果。
        （二）应用案例
        以某天线控制系统的步进电机结构建设为例，在步进电机结构建设中，工作者基于CAN技术，设置了嵌入式处理器CAN节点。其中，CAN节点是由单片机中控芯片、CAN控制器、CAN收发器组成。嵌入式处理器可以通过该节点，利用CAN总线，向系统中控芯片发送电机运行信息，待系统芯片接收到控制信号后，再借助CAN总线传输控制指令，单片机接收到该控制指令后，即可驱动电机执行启停、反转、正传等指令，以实现天线控制系统的运行。在此过程中，CAN技术的应用使提高了信息传输的效率，使控制用途电机能够更快、更准确地响应天线控制系统的运行指令，提升了系统的运行水平[1]。
        四、在天线伺服控制中的应用
        （一）CAN天线伺服控制系统建设
        伺服控制是指对物体运动变化量进行控制的行为，其中，运行变化量包括速度、位置等。在天线控制领域内，伺服控制作为系统的核心，主要依赖于天线运行信息采集、控制指令传输等程序的实施，而CAN总线技术具有信息传输稳定、容错性、实时性强等优势，因此，将CAN总线技术应用到天线伺服控制系统的建设中，使系统中的各类控制器能够更好地接收控制指令，同时，也使中控机制得以获取具有良好时效性的信息，增强控制系统的运行效果。在此过程中，直接应用CAN总线体系作为控制器与中控系统的信息交互渠道，并结合CAN转换接口的应用，使各类控制器顺利接入到总线中，提高信息交互效率[2]。
        （二）应用案例
        以某天线伺服控制系统的建设为例，在系统建设中，工作者应用了CAN技术，并设置了CAN总线与伺服驱动器，使总线与伺服驱动器可以相互交流数据，以远程监控天线系统，同时，总线还会将天线系统的运行参数，发送给中控机制，然后再向控制器传输控制指令，以实现对天线系统运作的控制。在此过程中，CAN技术的应用使得控制策略的误差降低，这说明了CAN总线在伺服控制上，具有更高的可行性与可靠性，由此可见，将CAN总线技术应用到天线伺服控制系统中，能够增强天线控制效果。
        结论：综上所述，在天线控制系统建设中，借助CAN总线技术，可以合理化接口设计、增强系统控制决策的准确性、保证控制用途电机与其他系统部分的协调运行、提高伺服控制实施效果，从而保证天线控制配套设施的稳定、高效运作。
        参考文献：
        [1]张啸天,倪屹,郭瑜.基于ARM的化学发光免疫分析仪控制系统[J].传感器与微系统,2021,40(02):76-78+82.
        [2]胡诗强.CAN通讯技术在煤矿监控系统中的应用研究[J].粘接,2021,45(01):127-130+135.