基于ModBusTCP工业以太网总线的电动栏杆机控制器设计.PDFVIP

设计应 用 基于ModBus/TCP工业以太网总线的电动栏杆机控制器设计 南京工程学院工业中心 盛国良 本文介绍一种电动栏杆机控制器的设计方法，该设计采用STM32为核心控制器，选用低速无刷电机作为驱动，通过现场总线技术连接车道控制器与电动栏杆机， 【摘要】 车道控制器通过总线控制栏杆机的升起与落下动作，并根据不同的收费系统调整起落杆时间，实现柔性控制功能。本系统以现场总线为核心可以适应不同的类型的电子停 车收费系统的应用场合。 电动栏杆机；工业以太网；ModBus/TCP 【关键词】 1.引言 表1 ModBus/TCP协议报文 电动栏杆机是机电一体化设备，不仅应用 数据 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 于公路、桥梁和口岸，同时也广泛使用在各种场 举例 19 A1 00 00 00 06 04 03 00 20 00 02 描述 ModBus/TCP报文头 协议数据单元 区的禁行管理场合。电动栏杆系统设计的技术水 含义 检验信息 ModBus/TCP 长度 地址 功能码 寄存器地址 寄存器长度 平对产品的功耗、寿命及可靠性影响很大。目前 3.2 电源设计 序采用模块化设计思想，用ANSI C进行编写， 我国的高速公路收费站内每一条车道都配置一台 电动栏杆机的主要器件是无刷电机，为了 通过用户的需求进行功能组合满足不同场合应 电动栏杆机。电动栏杆的快速与稳定运行对车辆 降低电机磁场对电源的干扰以及提高系统的电 用，系统软件采用Keil MDK开发环境。 快速通过收费站有着非常重要的意义。 磁兼容能力，电源输入通道设计成标准的二级 4.1 ModBus/TCP报文结构 传统的电动栏杆机大多采用继电器控制带 EMI滤波器，前级为共模滤波加后级差模滤波。 电动栏杆机与上位机之间的通讯采用以太 有大减速比减速异步电机的结构形式，大多数 3.3 主控制芯片 网联接和ModBus/TCP通讯协议，栏杆机作为协 电动栏杆需要与上位机联网，由上位机发出控 控制器采用基于Cortex-M3内核的32位嵌 议从站。ModBus/TCP报文结构是将ModBus数据 制指令，通过计算机内的接口卡控制栏杆机的 入式控制器——STM32F107，这是一款非常适 打包到TCP报文内，具体报文结构如表1所示。 起停，并检测安装在电动栏杆机上的行程开关 合于网络通讯的微处理器，片内集成MAC控制 4.2 寄存器定义 来控制抬起与落下的行程。由于计算机的不稳 器、CAN总线控制器和多路串行通讯接口，另 通讯协议中寄存器定义为主从站之间的通 定性与系统不可靠性，使得电动栏杆机的可靠 外这款芯片也集成完整的电机控制模块，可以 讯规约，如4001寄存器为栏杆机速度，4002寄 性降低，电动栏杆机故障引起的高速公路车流 灵活控制无刷直流电机和其他交直流电机。 存器为栏杆机缓行距离等。 不畅屡见不鲜。另外选用计算机作为控制器使 3.4 位置检测 5.运行特性 得电动栏杆机的成本大幅提高，而选用计算机 为了实现电动栏杆快速运行并防止到位冲 本次设计的电动栏杆机控制器原理样机为 的理由仅仅是为了与上位机联网，因此设计一 击，使用霍尔传感器检测机构的行程，STM32内 无刷电机功率为60W，转子极数为100极，电机额 款带有以太网总线的嵌入式电动栏杆机控制器