DSP和CAN总线在直流电机测试系统中的应用

随着电子工业的迅速发展,对小型直流电机的需求量越来越大。这一类直流电机在出厂前往往需要对其电流和转速进行测试。具体的方式是给电机提供多种占空比的PWM控制信号,在不同的占空比下分别测试电机的电流和转速。传统的测试方法需采用多台通用仪器:用信号发生器提供电机所需的PWM信号,通过电阻采样电机的电流,并送电压表头显示,使用光电感应的方法测转速,通过示波器观察波形。目前在我国采用的大多是传统的测试方法,传统方法要求在车间的每个生产线上设置多个检测点,每个测试点只能测量一种占空比下PWM信号控制的电机电流和转速。因此,在每个测试点都要配备测试员和一套完整的测试仪,使得成本很高。而且在测试过程中，要完成一个电机的测试必须经过多个测试点,每个点测试时都要测试员插拔电机的接线,使得测试效率很低。因此，传统的测试方法严重制约了直流电机生产企业的效率。针对这种状况，笔者设计了一种基于DSP控制器TMS320F2810的新型直流电机自动测试系统。该系统给电机提供各种占空比的PWM控制信号,通过DSP采样电机的电流信号和输出脉冲信号,计算出电机的电流和转速，并送到显示屏上显示，同时还通过CAN总线把数据送到上位机保存和分析，并能通过上位机给各个控制接点发送指令和数据。此系统可同时测试多个电机，在一个测试点上一次接线就能完成所有占空比下的电流和转速的测试，大大提高了测试效率。

1.系统网络结构和TMS320F2810简介

系统结网络构如图1所示。该系统主要由上位计算机及监控软件、基于PCI总线的CAN智能网络通信适配器及与其相配套的设备驱动程序（WDM）、现场控制节点单元和基于CAN现场总线其他功能模块组成。

图1系统网络结构图

TMS320F2810是TI公司的高集成高性能DSP,采用高性能静态CMOS技术,工作频率150MHz,低功耗和3.3V闪存编程电压,支持边界JTAG扫描,高性能32位CPU能进行16x16和32x32MAC运算,16x16双MAC。片内存储器有多达128Kx16闪存,128Kx16ROM,1Kx16OTPROM,L0和L1为2个4Kx16区块,每个为单存取RAM（SARAM）,H0为8x16SARAM区块,M0和M1为1Kx162个区块,每个是SARAM,引导ROM为4Kx16外接接口能连接高达1M总存储器和可编等待状态,有看门狗计时器模块,三个外接中断和三个32位CPU计时器,最高采样率为12.5MSPS,自动排序器可以提供高达16路的通道自动切换,也可以分成两个独立的8通道自动切换。F2810最多可提供16路PWM波形输出,支持SCI、SPI、MCBSP、eCAN等多种通信方式。多达56个单独编程的复接GPIO输出引脚,有先进的仿真和调试特性,工作温度从-40℃到85℃和从-40℃到125℃,F2810可用于要求严格的控制系统中[1][4]。

2.系统控制节点硬件组成

系统的控制节点硬件结构如图2所示,可以同时测试四个电机。硬件部分主要包括:电机的电流和输出脉冲（OP）信号采集和信号调理电路、PWM输出电路、复位上电电路、组合逻辑电路CPLD，CAN通信和键盘显示接口等部分。其中DSP采用的是TI公司的高集成高性能DSP芯片TMS320F2810。CAN通信部分采用了PHILIPHIS公司的集成CAN控制芯片SJA1000（CAN总线控制器）和PCA82C250（CAN总线收发器），系统中设置CAN总线的最大传输量为500Kb/s,且晶振频率定为16MHZ,CAN总线系统任意两个节点之间的最大距离为130M，此时总线定时BTR0值为00H,BTR1值定为1CH。当IMP708复位上电时,F2810控制器通过通用I/O（GPIO）口给电机加电,同时通过F2810片内的PWM模块输出占空比可调的矩形波信号控制电机的转速。电机的电流信号和输出脉冲信号经过信号调理芯片MAX472进入到F2810的片内A/D转换器,转换成数字信号供DSP处理。DSP计算出来的电流和转速值显示在液晶显示器上,同时通过CAN总线传送到上位PC机。各个节点通过键盘可以输入测试参数,包括PWM信号的占空比、转速和电流的上下限参数等，也可以通过CAN总线由上位PC机设置。

图2测试节点硬件结构图

2.1电机电流和输出脉冲信号的采集调理电路

由于所检测的电机的电流会因型号不同而差别很大,范围在几十毫安到二、三安培。本系统中,采用了美国MAXIM公司的双向精密电流传感放大器MAX471[2]。MAX471内置35mΩ的精密传感电阻,可测量的电流范围是±3A，在工作温度范围内，其精度为2%，其响应时间、速度和漂移等指标均很理想，可以适应3A以内的各种规格直流电机的电流测量。电流信号通过RS+和RS-输入到MAX471的采样电阻RSENSE上,MAX471通过一个2kΩ的输出电阻将电流转换成0～3V的电压信号,直接送到DSP的A/D转换器中。输出脉冲信号是从电机的I/O端直接输出的一串方波信号,其频率和电机的转速成正比,用于检测电