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1、摘 要本文介绍的是一种应用CAN总线的直流电机控制系统，该系统以宝马LPC1768开发板为核心，主要由CAN总线控制器模块、CAN总线收发模块、电机驱动器模块、直流电机等多个模块组成，利用CAN总线通信将摄像头图像采集处理信息输入控制板控制电机转动，实现功能要求。本次设计主要分为CAN总线通信（完成主板与电机控制板间的通信）和电机控制（利用CAN总线传来的数据进行相应动作）两个板块，其CAN属于总线式串行通讯网络, 由于采用了许多新技术以及独特的设计，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有较高的可靠性、实时性和灵活性。另外, CAN 总线具有成本低、接线简单的特点。其中电机控制板块以
2、PWM技术控制电机运转，使其转速按照预定的规律变化。实验表明，该控制系统通信可靠，调速性能良好，响应速度快。本系统基本实现了设计要求，实现了通过CAN总线接收控制指令并将直流电机运动完成相应动作的功能。该系统采用基于CAN总线的直流电机控制，提高了信息传输可靠性，减少了系统维护的成本，提高了电动机的工作效率，从而提高了整个工业生产的效率，实现了自动化、智能化、现代化的生产，有较好的应用价值。【关键词】CAN总线通信 直流电机 LPC1768 PWM L298N目 录摘 要I第一章 绪论1第一节 概述1第二节 设计题目与设计内容2第三节 任务分工3第四节 本章小结3第二章 总体方案设计4第一节
3、设计方法简述4第二节 基本原理4第三节 工作流程6第四节 实物演示效果8第五节 本章小结10第三章 个人设计工作11第一节 电机驱动芯片的选择11第二节 电路的构建12设计总结12参考文献14 第一章 绪论第1节 概述 CAN总线是一种缩写，全称应是“控制器局域网络总线”，是英文Controller Area Network的首字母组合而成的。它是总线的一种，与我们常见的USB总线属于一类概念，只不过CAN总线采用差分信号传输，有很强的错误检测能力，通信距离远，因此被用到一些特殊的场合，比如汽车，厂矿等干扰较强的地方。CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪
4、器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1MBPS。直流电机具有调速性能好、控制方法灵活多变、运行效率高、起动转矩大、过载能力强及运行寿命长等诸多优点，尤其是近些年来永磁材料性能的不断提高及其生产制造成本的不断下降，使得直流电机广泛应用于空调、电动泵、风机、打印机、机器人、电动自行车等各类产品中。通过CAN总线通信控制电机能提高信息传输可靠性，减少系统维护的成本，提高电动机的工作效率。所以，本文就是采用 CortexM3 LPC1768 为核心，结合图像识别技术，通过CAN总线通信，实现对电机的控制。第二节 设计题目
5、与设计内容一、 设计题目嵌入式系统往往存在着体积的限制。因此通常需要制作多块电路板，电路板间的距离在10cm50cm（产品外观决定）。电路板间通过CAN总线进行通信。设计要求：1 电机控制板 控制68路5V直流电机，电池供电（6V，最好选用充电锂电池）。2 电机控制板与主板间利用CAN接口进行通信。3 编写主板（LPC1768开发板）与电机控制板间的电机控制程序。4 调试。二、 设计内容1、制定解决方案，设计基于CAN总线的直流电机控制系统，实现信息通信，电机执行相应动作等；2、确定设计方法；3、掌握CAN总线的基本原理；4、掌握LPC1768的基本原理；5、CAN总线通信程序功能测试；6、电
6、机驱动芯片的选择与电路的构建；7、电机驱动程序（PWM输出和PID矫正）；8、实验装置调试；9、完成报告。第三节 任务分工本设计由9位同学组成，每位同学负责的主要任务如表1.1 所示。第四节 本章小结本章介绍了基于CAN总线的电机控制设计的基本原理、意义及实际利用价值，突出了利用CAN总线进行通信的优点。阐述了设计题目、设计内容，并且小组将设计题目进行了整体的讨论和详细的分工。第2章 总体方案设计第一节 设计方法简述 通过LPC1670处理摄像头OV7670采集的图像信息，识别是否有障碍物，进而控制PWM占空比，通过CAN总线将PWM信息发送到另一块开发板，并驱动L298N实现直流电机的转速控
7、制。第二节 基本原理（1） 、LPC1768LPC1768是NXP公司推出的嵌入式高速Flash闪存的ARM Cortex-M3的单片机，具有高性能、体积小、低功耗、片上可选择多种外设等优点，应用范围很广。LPC1768包括脉宽调制器、正交编码器接口、4个通用32位定时器等外设，设计软件配置脉宽调制器即可输出PWM信号，可用于各种工业控制，另外芯片上还集成UART接口，可通过其连接到PC上，方便地控制电机。LPC1768 是NXP 公司推出的基于ARM Cortex-M3 内核的微控制器LPC17XX 系列中的一员。LPC17XX 系列Cortex-M3 微处理器用于处理要求高度集成和低功耗的
8、嵌入式应用。LPC1700 系列微控制器的操作频率可达100MHz（新推出的LPC1769 和LPC1759 可达120MHz）。ARM Cortex-M3 CPU 具有3 级流水线和哈佛结构。LPC17XX 系列微控制器的外设组件包含高达512KB 的flash 存储器、64KB 的数据存储器、以太网MAC、USB 主机/从机/OTG 接口、8 通道DMA 控制器、4 个UART、2 条CAN 通道、2 个SSP 控制器、SPI 接口、3 个IIC 接口、2 输入和2 输出的IIS 接口、8 通道的12 位ADC、10位DAC、电机控制PWM、正交编码器接口、4 个通用定时器、6 输出的通用
9、PWM、带有独立电池供电的超低功耗RTC 和多达70 个的通用IO 管脚。图2.1 LPC1768内部方框图（2） 、 CAN总线 CAN总线以广播的方式从一个节点向另一个节点发送数据，当一个节点发送数据时，该节点的CPU把将要发送的数据和标识符发送给本节点的CAN芯片，并使其进入准备状态；一旦该CAN芯片收到总线分配，就变为发送报文状态，该CAN芯片将要发送的数据组成规定的报文格式发出。此时，网络中其他的节点都处于接收状态，所有节点都要先对其进行接收，通过检测来判断该报文是否是发给自己的。由于CAN总线是面向内容的编址方案，因此容易构建控制系统对其灵活地进行配置，使其可以在不修改软硬件的情况
10、下向CAN总线中加入新节点。CAN总线的数据通信具有较高的可靠性、实时性和灵活性。另外, CAN 总线具有成本低、接线简单的特点。其中电机板块以 PWM技术控制电机运转，使其转速按照正弦规律变化。（3） 、L298NL298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工
11、作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。 图 2.2 实物说明图第三节 工作流程系统以微处理器Cortex-M3 LPC1768为控制核心，通过OV7670获取实时图像，处理器处理获取的图像，并识别障碍物，产生相应的PWM信号。处理器将信号写入CAN控制器的输出缓冲区，由CAN总线的控制寄存器ICR控制数据发送，发送完毕，发送标志位清空。另一块开发板接收数据缓冲区接收到CAN总线上传来的数据，进入中断，还原数据，将数据发送给处理器进行电机
12、控制，接受标志位清空，退出中断，等待下一次数据。数据传输到L298N电机驱动芯片后，控制改变电机A、B的速度以实现对应功能。下图为系统整体工作流程图。电机AL298N电机驱动图像识别信息处理LPC1768 CAN PWM 速度控制电机B图 2.3 系统工作流程图根据要求，小组选用双H桥电机驱动模块主控芯片:L298N 工作模式:H桥驱动（双路）逻辑电压:5V 驱动电压:5V-35V逻辑电流:0mA-36mA 驱动电流:2A(MAX单桥)存储温度:-20 到 +135 最大功率:25W 本模块使用ST公司的L298N作为主驱动芯片，具有驱动能力强，发热量低，抗干扰能力强的特点。本模块可以使用内置
13、的78M05通过驱动电源部分取电工作，但是为了避免稳压芯片损坏，当使用大于12V驱动电压的时候，使用外置的5V逻辑供电。本模块使用大容量滤波电容，续流保护二极管，可以提高可靠性。 图 2.4 设计电路图第4节 实物演示效果 通过不断地调试，我们终于在显示屏上得出了客观的效果。当遇到弯道时，屏幕显示出弯道，并识别出了弯道；当遇到直道时，屏幕显示出直道，并识别出了直道。如下图所示： 图2.5 弯道显示图 图2.6 弯道显示提示 图2.7 直道显示图 图2.8 直道显示提示第五节 本章小结本章介绍了基于CAN总线电机控制系统的基本工作流程，并且分别介绍了CAN总线通信，电机驱动芯片L298N，LPC
14、1768的工作原理。整体了相应部分的工作流程，为小组本次综合设计明确了功能实现方向。第三章 个人设计工作 本人主要负责电机驱动芯片的选择与电路的构建。第1节 电机驱动芯片的选择 电机的驱动芯片，我们经过详细的讨论和查阅相关资料最终选定了L298N这款芯片。 该芯片主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。并且使用L298N芯片芯片应用面非常广，可以驱动两台直流电机，刚好符合我们的要求。 另外，L298N内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。L298N驱动两台直流电动机的工作原理左电机右电机左电机右电机电机运行状态IN1IN2IN3IN41010正转正转前行10
