圖1 橫機人機控制系統(tǒng)
1.1 橫機人機控制板功能需求
橫機電控系統(tǒng)中包括人機控制板和主控板兩個硬件平臺。
主控板對實時性要求高，一般采用前后臺系統(tǒng)或者是實時操作系統(tǒng)，主要完成對花型文件指令的解析和運動控制單元的邏輯控制。
人機控制板完成參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)查詢、花型文件管理等人機交互過程，一般采用支持WinCE或Linux操作系統(tǒng)的工控平臺實現(xiàn)，功能需求：
l LCD液晶顯示接口，接VGA顯示器；
l CAN總線接口，與電機控制板、機頭控制板通信；
l USB Host，通過U盤進行花型文件更新；
l TF卡，數(shù)據(jù)存儲；
l 以太網(wǎng)接口，聯(lián)網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)；
l RS-485接口，備用。
1.2 橫機人機控制板設(shè)計難點
1. 機頭控制板失控與CAN總線通訊失敗
橫機運行環(huán)境中不僅有強電、靜電，也包括大量電機產(chǎn)生的干擾信號。客戶原CAN總線網(wǎng)絡(luò)中存在嚴(yán)重的共模干擾，異常現(xiàn)象：
l 開機后CAN總線通訊失敗；
l 運行過程中機頭控制板概率性失控。
CAN總線電路設(shè)計不當(dāng)，極易出現(xiàn)總線通訊不良甚至損壞整個CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
2. VGA顯示畫面色彩失真與水波紋
工業(yè)現(xiàn)場VGA顯示器常見異常包括畫面顏色失真，顯示出現(xiàn)百葉窗或水波紋等，均與VGA電路設(shè)計有關(guān)。VGA為模擬信號，輸入包括RGB信號、行同步、幀同步信號等，接口連接器同時引入電流環(huán)路互感的串?dāng)_，設(shè)計不當(dāng)易造成界面顯示水波紋、色彩失真等，威脅用戶體驗效果的提升。
3. CAN總線應(yīng)用程序編程
新平臺CAN應(yīng)用軟件開發(fā)如何快速入門？怎樣解決不同平臺間的軟件移植？相對于以太網(wǎng)、串口等標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用函數(shù)接口，不同的CAN控制器、不同廠家提供的CAN驅(qū)動操作接口各不相同，對用戶應(yīng)用軟件的開發(fā)、跨平臺軟件移植提出了相對苛刻的要求。
1.3 我們的設(shè)計實現(xiàn)
基于客戶的功能需求與產(chǎn)品設(shè)計的困擾，致遠電子采用模塊化設(shè)計思路，基于M3352核心板快速完成了人機控制板的開發(fā)，產(chǎn)品如圖2所示。
圖2 基于M3352設(shè)計的人機控制板
人機控制板實現(xiàn)框圖如圖3所示。
圖3 人機控制板實現(xiàn)框圖
人機控制板設(shè)計難點解析：
1. CAN總線接口電路實現(xiàn)
CAN總線設(shè)計采用致遠電子成熟電路，同時外接CAN總線隔離收發(fā)器，具備電源隔離、信號隔離和總線保護的作用，電路如圖4所示。
在開機啟動過程中，此設(shè)計可以保證人機控制板的CAN總線被強制上拉為高電平（隱性電平），避免系統(tǒng)長時間輸出的低電平信號（顯性電平）導(dǎo)致總線通訊失敗或網(wǎng)絡(luò)癱瘓。同時，此設(shè)計具有隔離與總線保護功能，可避免由于浪涌、干擾引起的總線錯誤與設(shè)備失控。
圖4 CAN總線電路
2. VGA接口電路實現(xiàn)
VGA 電路采用專用10位視頻D/A轉(zhuǎn)換器件SDA7123，完成RGB三基色的信號轉(zhuǎn)換。匹配電阻R58與R64用于降低信號反射，以保證行同步信號（HSYNC）與幀同步信號(VSYNC)的傳輸質(zhì)量。接口濾波電路則用于解決電流環(huán)路互感引起的串?dāng)_。從信號轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸?shù)綖V波電路整體專業(yè)的設(shè)計，將有效避免水波紋和色彩失真等異常現(xiàn)象的發(fā)生。
3. CAN總線接口應(yīng)用程序編程
M3352板載所有外圍接口的驅(qū)動程序，免費提供軟件API接口與開發(fā)示例源碼，便于用戶快速掌握CAN總線等復(fù)雜通訊的編程方法。如程序清單1所示，CAN設(shè)備的操作幾行代碼即可實現(xiàn)。
程序清單1 CAN接口編程示例
1.4 經(jīng)驗分享
橫機項目中客戶經(jīng)常采用CAN總線通信方式，但通信電纜由多股細(xì)銅線組成，線纜之間沒有雙絞，也缺少屏蔽，導(dǎo)致實際應(yīng)用中共模干擾嚴(yán)重，通過CANScope分析儀的FFT統(tǒng)計分析，干擾頻率約為15KHz，幅值高達5V，耦合能量極強，致使CAN數(shù)據(jù)幀的錯誤率達到72%，根本不能進行正常傳輸。
改進建議：
l 將CAN通信電纜換成緊密的雙絞線(每米33絞），帶屏蔽；
l CAN節(jié)點采用CTM系列隔離收發(fā)器進行設(shè)計，與CAN總線進行隔離并增強總線保護功能。
