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基于CAN总线的双通道舵机设计

2024-01-17

汇报人：

目录

引言

CAN总线技术

双通道舵机设计

基于CAN总线的双通道舵机控制系统设计

目录

基于CAN总线的双通道舵机性能测试与分析

基于CAN总线的双通道舵机应用与展望

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引言

目的

设计一种基于CAN总线的双通道舵机，以满足现代工业控制系统中对高精度、高可靠性和实时性的要求。

要点一

要点二

背景

随着工业自动化程度的不断提高，舵机作为一种重要的执行元件，在机器人、航空航天、汽车等领域得到了广泛应用。传统的舵机控制方式通常采用PWM信号进行驱动，但随着控制系统复杂性的增加，这种方式已无法满足高精度、高实时性的控制需求。因此，基于CAN总线的双通道舵机设计成为了当前研究的热点。

应用领域

定义

工作原理

舵机在机器人、航空航天、汽车等领域得到了广泛应用。例如，在机器人领域中，舵机可以作为关节驱动器来实现机器人的各种动作；在航空航天领域中，舵机可以用于控制飞行器的姿态和航向；在汽车领域中，舵机可以用于控制汽车的方向盘转角等。

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。

舵机的工作原理是通过接收PWM信号来控制其输出轴的角度。当接收到一个PWM信号时，舵机会根据信号的占空比来转动相应的角度，并保持在该角度直到接收到下一个PWM信号。

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CAN总线技术

是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。

CAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。

在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。

CAN总线协议包括ISO11898标准和ISO11519-2标准两种，其中ISO11898标准定义了通信速率在125Kbps~1Mbps的高速闭锁型CAN通信协议，而ISO11519-2标准定义了通信速率在10~125Kbps的低速容错型CAN通信协议。

CAN总线的通信介质可采用双绞线、同轴电缆和光导纤维。通信距离与波特率有关，最大通信距离可达10km(5Kbps)，通信速率5Kbps/以下时，可直接采用双绞线通信，但在长距离(20m)且速率较高(100Kbps)时，为了减小通信电缆的反射干扰，要采用匹配的终端电阻。

CAN总线上可以挂接多个设备，这些设备之间的数据交换是通过CAN收发器接口芯片82C250实现的。CAN收发器接口芯片82C250是CAN控制器和物理总线之间的接口，提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。

在舵机设计中，利用CAN总线技术可以实现多个舵机之间的实时通信和数据交换，提高系统的响应速度和稳定性。

通过CAN总线技术，可以将舵机的控制信号、状态信息以及故障诊断信息等实时传输到上位机或其他控制设备中，便于实现远程监控和故障诊断。

同时，利用CAN总线的广播通信方式，可以实现多个舵机之间的协同工作和联动控制，提高整个系统的控制精度和效率。

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双通道舵机设计

双通道舵机是一种具有两个独立控制通道的伺服机构，可实现对两个不同自由度或参数的精确控制。

定义

广泛应用于机器人、自动化设备、航空航天等领域，用于实现复杂运动控制。

应用领域

方案设计

根据需求，制定双通道舵机的总体设计方案，包括机械结构、电路原理、控制策略等。

加工与装配

按照设计图纸加工机械零件，采购电子元器件，进行电路板的装配和调试。

优化与改进

根据测试结果，对双通道舵机进行优化和改进，提高其性能和质量。

需求分析

明确双通道舵机的性能要求、应用场景等，为设计提供依据。

详细设计

在总体设计方案的基础上，进行详细的机械结构设计、电路原理图设计、PCB设计、控制算法设计等。

测试与验证

对装配完成的双通道舵机进行测试，验证其性能是否满足设计要求，包括位置精度、响应速度、稳定性等指标。

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基于CAN总线的双通道舵机控制系统设计

主控制器

CAN通信模块

双通道舵机驱动模块

采用高性能微处理器，负责接收CAN总线指令，解析并执行相应动作。

独立驱动两个舵机，实现精确的角度控制和速度调节。

实现与上位机或其他控制器的数据交换，确保通信的稳定性和实时性。

微处理器选型

CAN通信接口设计

舵机驱动电路设计

电源电路设计

针对双通道舵机的特性，设计高效的驱动电路，实现精确的PWM信号输出。

设计稳定的电源电路，提供系统所需的各种电压