基于CAN总线的平地机自动找平系统设计

1 引言 平地机是一种平整场地、路面的机械，作业时其铲刀相对于地面的位置决定工作质量，即路面的平整度。铲刀安装在一个可水平回转、垂直摆动和横向伸缩的机架上，通过控制液压油缸的动作，控制铲刀升降、回转、倾斜、引出，以及铲土角度变换。由于操作复杂，要求操作员具有娴熟的操作技术，根据平地机行驶状况不断调整铲刀，使路面平整。因此该作业过程对操作员技术要求特别高，而且劳动强度较大。为了提高作业效率和和施工精度，这里提出一种基于CAN总线的平地机自动找平系统设计。2 自动找平系统总体设计2．1 CAN总线简介 CAN(Controller Area Network)总线即控制器局域网，是应用最广泛的现场总线之一，主要用于监控各种过程设备。CAN总线作为一种多主方式的串行通讯总线，其基本设计规范要求高位速率和高抗电磁干扰性，而且能够监测产生的任何错误，具有成本低、总线利用率高、数据传输距离远(长达10 km)、数据传输速率高(高达1 Mb／s)、可靠的错误处理和检错机制以及发送的信息遭到破坏后可自动重发等特性；CAN总线作为一种技术先进、可靠性高、功能完善与成本合理的远程网络通讯控制方式，已广泛应用于各个自动化控制系统。因此，CAN总线具有不可比拟的优越性。2．2 系统总体结构 自动找平系统可使平地机按照操作员预先设定的纵坡和横坡值进行自动控制，从而使平地机自动操作，保证平地机按照设定值精确平整路面。该控制系统包括横坡、纵坡传感器、比例阀组、操作界面以及控制器，如图1所示。

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其中横坡、纵坡传感器测量铲刀的位置参数信息、比例阀组控制铲刀油缸、操作界面用于设定系统参数、施丁参数及显示铲刀实时位置参数信息，而控制器则用于接收传感器采集的实时信息。 传感器及操作界面通过CAN总线与控制器相连，控制器的信号输出端与比例阀组的信号输入端相连，比例阀组与平地机的液压系统相连。2．3 系统工作腺理 采用纵坡传感器和横坡传感器分别测量铲刀的纵坡、横坡值，将测量到的实时信息通过CAN总线传送至控制器。控制器将其与保存在系统中的设定值相比较，再将相应的PWM信号输出到比例阀组。比例阀组控制铲刀油缸进行相应升降，从而保证系统按照设定的横坡值及纵坡值精确施工。

3 系统硬件设计3．1 系统组成原理及接口电路 基于CAN总线的单片机平地机自动找平系统的组成原理如图2所示，其中硬件设计的关键是单片机与总线之间的接口设计，具体接口电路设计如图3所示。

数据采集点中的单片机通过输入模块采集模拟量和开关量，并对其处理，传输至CAN控制器的发送缓冲区，然后启动CAN控制器发送命令，此时CAN控制器将自动向总线发送数据，无需单片机干预。若系统中有多个CAN控制器同时向总线发送数据，则CAN控制器通过信息帧中的标识符进行仲裁，标识符数值最小的CAN控制器优先使用总线。当控制器执行节点中的CAN控制器监测到总线上有数据时，其自动接收总线上的数据，并将该数据存入接收缓冲区，并向单片机发送接收中断，启动单片机中断接收程序，从CAN控制器的接收缓冲区读取数据，并对其处理后通过输出模块输出，从而控制被控对象。

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