电液伺服机构与CAN总线接口设计

1前言

　　在新型导弹制导和控制系统中采用总线式的数据传输方案，是解决现行的导弹飞行控制系统中，通过点对点直接连接的电缆网传输模拟信号造成的结构复杂、可靠性低、系统的电磁兼容性与抗毁伤能力等诸多弊病的一个较好的途径。电液伺服机构是导弹控制系统中重要的组成部分。它的性能往往严重影响到导弹的控制精度，甚至决定飞行的成败。在总线式导弹控制系统中，导弹电液伺服机构将作为总线上的一个节点挂接在总线上，因此必须设计一个将总线与电液伺服机构连接起来的接口。导弹总线式控制系统结构如图1所示。

　　在导弹飞行中，惯性敏感元件获得导弹的飞行参数后，送到弹上计算机，经过计算机运算后形成控制指令，指令被送到导弹的电液伺服机构，通过导弹电液伺服机构的作动筒的动作来控制导弹的飞行弹道。

　　1.1　CAN总线

　　CAN(Controller Area Network)即控制器局域网络。CAN总线是一种多主站局部网络，能够有效支持分布式控制系统或实时控制系统的通信功能;它采用双线串行通信方式工作。微处理器可通过CAN控制器挂到CAN总线上，它具有较强的检错功能以及优先权和仲裁功能，可在高噪声环境中使用，其传输速率可高达1Mb/s。

　　1.2　PC/104

　　PC/104是工业嵌入式PC的机械电气标准。它的制定，为嵌入式应用提供了标准的系统平台。PC/104总线与PC/AT总线(ISA)完全兼容。它符合IEEE-P996标准，所有信号电平与TTL兼容。PC/104模块一般提供6mA的总线驱动能力，可驱动15个低功耗的TTL负载。与普通的工业控制机相比，PC/104总线具有如下特点：

　　① PC/104模块与PC机软、硬件完全兼容，可以利用现有的较丰富和成熟的硬件、软件开发工具及方法、设计知识等资源，开发周期短，成本低。

　　② PC/104模块体积小，功耗低，无需散热，可层叠，具有系统级的性能，芯片级的大小。

　　③ 模块之间采用独特的纵向层叠或侧向接插的结合方式，模块层叠后四角还有支柱和螺钉固定，可靠性高，配置灵活方便，便于故障的排除和修理。

　　④ 外围模块齐全，用户可以选择各种不同的功能模块，设计满足不同需要的专用系统。

　　⑤ 工作温度范围宽，一般在0-70度。

　　⑥ 大多数模块采用单+5V电源，降低了系统对电源的要求。

　　2　接口硬件设计

　　根据实际系统的要求，本接口的功能主要是：实现与弹上计算机的通信，在控制系统中作为一个终端接收弹上计算机传来的指令和数据，进行控制算法的运算及执行D/A、A/D转换，并将伺服机构的运动信息和状态数据传输给弹上计算机。

　　接口与CAN总线之间的传输介质采用屏蔽双绞线，接口硬件采用基于PC/104总线标准的模块，主要有： D/A和A/D模块、处理器模块、外部存储模块、双向驱动及时序控制模块、CAN总线通信模块。如图2所示。

　　1)D/A模块

　　在本设计中，我们选择美国AD公司的AD7547数模转换器。它是一种双12位电流输出的DACS(数据收集与控制系统)，具有以下特点：较宽的工作电压(12-15V);抗电源电压干扰性能好;紧凑的封装形式(24脚0.3英寸DIP封装);低增益误差。它可以和大多数的微处理器配合使用，能够兼容TTL、CMOS电平。通过独立的参考电压和反馈电阻，还能够提供四象限的乘法器功能。其内部主要包括三个部分：控制逻辑电路、A路数模转换电路和B路数模转换电路。其中逻辑控制电路通过简单的三个控制信号：CSA，CSB及WR来选择相应的模数转换器，同时锁存需要转换的数据。A路数模转换电路的基本控制原理为：通过CSA与WR控制信号，将12位的转换数据一次锁存入A路转换电路的数据寄存器中，A路转换电路开始进行数模转换，将转换后的模拟量输出。B路转换电路的控制原理与A路类似。