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2 CAN总线电动执行器的硬件设计
2．1 系统总体设计
CAN总线电动执行器通过SJA1000和82C250与CAN现场总线通信；通过驱动电路控制伺服电机正/反转，从而实现阀位控制。为了避免通信过程中数据发生堵塞，该设计采用双MCU结构，利用双口RAM作为两个微控制器独立访问的存储器。其中负责通信的微控制器根据双口RAM的指定存储区存储或读取数据，并通过CAN现场总线实现通信；而另一个微控制器则通过双口RAM的信息及信号采集检测电路实现执行机构控制功能。这两片微控制器均选用AT89C51。为了保证断电或其他突发情况下信息不丢失，还增加了一个E2PROM器件24C08。位置传感器选用有间隙补偿性电位器，通过电位器把执行机构输出轴的机械变化量按比例转换成电信号，再经A/D转换后输入到控制器，参与执行机构的调节、控制，同时送至上位机，实现监控和管理功能。执行机构采用低速伺服电机。减速器采用具有高效行星减速传动机构，它把伺服电机输出的高速低转矩的旋转运动转换为输出轴的大转矩低速旋转。
2．2 信号采集检测电路
CAN总线执行器接收来自上位仪表的4～20 mA模拟信号，或通过现场总线接收上位仪表发送的数字信号，并将与执行机构位置传感器反馈信号的偏差作为调节依据，使执行机构向消除差值的方向运动，最终达到预定效果。其中输入A／D转换器的参数为执行机构位置传感器信号和电压信号。因此，A/D转换器至少应有2个输入通道。这里选用A／D转换器AD7705，它有2个模拟通道，可进行2种模拟量的转换。高精密导电塑料电位器传感器获得的相应阀门位置的电压信号由AD7705的引脚6和7(AIN1和AIN2)输入。A／D转换信号采集电路框图如图1所示。AD7705的输出信号直接接至微控制器的RXD(P3.O)端，TXD(P3.1)端则为AD7705提供时钟信号。因此，A／D转换器的时钟由微控制器AT89C51提供。微控制器AT89C51利用串口与AD7705通信，将串口设定为工作方式0，即同步移位寄存器方式。此外，该微控制器通过引脚P1．5控制CS，通过引脚P1．7判断DRDY。这样，系统首先选中，则要先清P1．5端口线。接收数据时，首先判断引脚DRDY电平，若为低电平，则表明已有有效的转换数据存储至AD7705的数据输出寄存器。
2．3 电机驱动控制电路
控制器接收执行机构的反馈开度信号，通过比较输入信号与反馈信号，产生启停信号和换向信号。控制开关以固体继电器为核心，根据单片机发出的启停和换向信号控制两个固体继电器交替工作，从而实现AC单相可逆电机启停和换向控制。需要注意的是，为了保证伺服电机正反转换向，在设计控制回路时，要考虑到保护电机的有效运行，避免因动作不协调或电路老化导致电路短路。主回路采取正反转换向信号互锁设计，消除正反转时固体继电器同时导通的可能性，大大提高电子开关的可靠性。
继电器1的常闭触点开关接继电器2的电源，继电器2的常闭触点开关接继电器1的电源，当单片机驱动伺服电机正转时，单片机输出一个低电平到继电器1，继电器1通路，继电器1的常闭触点断开，继电器2被锁死。同理，继电器2通路时，继电器1被锁死。在控制开关主回路中串入极限位置保护开关，当阀门运转至极限位置，保护开关常闭点断开，硬性切断控制开关主回路，会迫使电动机停止运转，具有二次保护作用。该系统采用单片机输出的开关信号直接驱动电动机的直接控制方式。由于驱动电平的不同，电路分为弱电和强电驱动两部分，两者通过光耦隔离，伺服电机控制框图如图2所示。
2．4 CAN通信接口电路
CAN通信接口电路主要由独立CAN通信控制器SJA1000、CAN总线收发驱动器82C250和高速光电耦合器6N137组成。微控制器AT89C51控制SJA1000实现数据接收和发送。CAN通信控制接口电路如图3所示，SJA1000的AD0～AD7连接AT89C51的P0端口，图中CS接AT89C51的P2．0。P2．0为0时，选中SJA1000，并通过片外寄存器地址对SJA1000执行相应的读／写操作。SJA1000的RD／E、WR、ALE／AS分别与AT89C51的对应引脚相连，其INT接AT89C51的INT0，AT89C51采用中断方式访问SJA1000。
