一种基于CAN总线的洗扫车分布式控制系统及方法与流程

本发明属于控制系统，具体涉及一种基于can总线的洗扫车分布式控制系统及方法。

背景技术：

洗扫车是采用通用汽车底盘改装而来的路面作业环卫机械，该车具有洗扫作业模式、扫路作业模式、喷雾降尘模式等，其具有副发动机、液压油泵、高压水泵、大吸力风机、扫盘吸盘、清水箱、垃圾箱等机构，副发动机提供动力来源，驱动液压油泵、高压水泵和风机，通过扫盘和吸盘，将地面的垃圾收集到垃圾收。

传统的洗扫车控制系统，通常是由plc组建，采用操作按钮作为输入部分，采用仪表作为显示部分，采用继电器作为输出部分。采用基于plc组建的控制系统中，所有的输入输出部分都直接进入plc，导致系统布局单一，控制线路过于集中，一方面，装配工艺较复杂，无法实现模块化安装，另一方面售后检修不便，故障排查工作量大。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于can总线的洗扫车分布式控制系统，本发明采用模块化硬件设计，将系统各部件按功能需求分类，配置十分灵活，且简化系统接线，有效提高效率降低成本。

本发明采用下面的技术方案：

一种基于can总线的洗扫车分布式控制系统，包括通过can总线相互通信的主操作模块、主控制模块、扩展输入模块和扩展输出模块；

主操作模块获取外部操作指令形成指令can数据，并发送至can总线；

扩展输入模块连接有传感器组，其获取传感器组的输出形成状态can数据，也发送至can总线；

主控制模块通过can总线获取所述指令can数据、状态can数据，经过逻辑判断，形成相应的动作指令，并将所述动作指令形成控制can数据，通过can总线发送给扩展输出模块；

扩展输出模块通过can总线获取所述控制can数据，发送给与其连接的执行机构组，驱动各执行机构动作。

进一步的，本系统还包括与can总线相连的显示模块，所述显示模块采用工业显示屏，且显示模块内置有画面通信组态软件，用于将所述传感器组的输出以图形结合数字的形式显示在工业显示屏上。

进一步的，本系统还包括与can总线相连的语音报警模块，语音报警模块接收来自主控制模块发送的控制can数据，用于播放语音或音乐。

进一步的，本系统还包括与can总线相连的辅助操作模块，辅助操作模块用于获取外部辅助操作指令，辅助操作指令为单独控制指令，辅助操作模块将辅助操作指令转化为调试can数据发送至can总线，控制扩展输出模块中的设定执行机构动作，完成系统调试。

进一步的，所述传感器组包括发送机传感器模块、液压系统传感器模块、接近开关和行程开关，传感器组实时将洗扫车的运行状态通过扩展输入模块发送至can总线。

进一步的，所述扩展输出模块包括数字量输出通道、pwm输出通道和h桥输出通道，分别用于驱动液压机构，气阀和比例阀，电机。

进一步的，在所述can总线和各个模块连接的节点上设置id映射装置，用于将各模块以及各模块所连接的传感器、执行机构向can总线发送的报文id映射为带有地址字段的随机id，避免can总线通信阻塞。

进一步的，所述id映射装置具有编码单元，用于实时获取所述报文id，并将该报文id编制为带有地址字段的随机id。

进一步的，在所述can总线的两端分别设置设定阻值的匹配电阻，用于增强can总线的抗干扰性。

进一步的，所述主控制模块还包括存储模块和分析模块，存储模块用于存储故障事件，分析模块与所述存储模块相连，对故障事件进行时间维度、空间维度的交叉分析。

本发明还提供了一种技术方案：

一种采用上述系统的基于can总线的洗扫车分布式控制方法，包括：

获取外部操作指令形成指令can数据，并发送至can总线；

获取传感器组的输出形成状态can数据，也发送至can总线；

通过can总线获取所述指令can数据、状态can数据，经过逻辑判断，形成相应的动作指令，并将所述动作指令形成控制can数据，通过can总线向外发送；

can总线采用自定义的通信协议进行数据通信。

本发明的有益效果：

本发明一种基于can总线的洗扫车分布式控制系统，该系统具有模块化的硬件设计，将系统各部件按功能需求分类，配置十分灵活，且简化系统接线，有效提高效率降低成本。采用该分布式模块化结构设计，各模块的任务负担均衡，硬件和软件设计都可得到简化，且can总线的高可靠性能保证系统良好的实时性。

采用本发明的基于can总线的控制系统，使得其它具有can收发功能的模块，可很方便的加入到本分布式系统中，系统扩展功能极强，配置非常灵活。

附图说明

附图1是本发明的系统原理图；

附图2是主操作模块的原理图；

附图3是主控制模块的原理图；

附图4是扩展输入模块的原理图；

附图5是扩展输出模块的原理图；

附图6是语音报警模块的原理图；

附图7是显示模块的原理图；

附图8是辅助操作模块的原理图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的一种典型实施例是一种基于can总线的洗扫车分布式控制系统，该系统具有模块化的硬件设计，将系统各部件按功能需求分类，配置十分灵活，且简化系统接线，有效提高效率降低成本。

本发明包括一个主操作模块、一个主控制模块、一个扩展输入模块、一个扩展输出模块，一个语音报警模块，一个显示模块，一个辅助操作模块，以及传感器组及执行机构组，该系统即是由这些模块通过can总线连接形成；

本系统从洗扫车的底盘电池取电，通常为24v。整套系统使用线束和接插件，将各模块连接成一个整体。系统上电后，各模块都开始工作，并且实时的不断的向can总线发送或接收数据。

can总线上的通信数据，采用自定义的通信协议，各模块均依据协议进行数据的收发。

主操作模块接收用户的控制指令，转换为can数据后发送给主控制模块；主操作模块和辅助操作模块具有采集输入信号功能，与按钮开关、旋钮开关、钥匙开关等连接，并能将这些开关信号转换为数字量发送到can总线上。

主控制模块是整个分布式控制系统的核心，接收主操作模块的用户操作指令，接收扩展输入模块的传感器信息，经过逻辑判断后，发出指令can总线数据控制扩展输出模块，实现对执行机构的动作控制，主控制模块同时还具有系统状态、故障信息存储功能；具体的，主控制模块包括存储模块和分析模块，存储模块用于存储故障事件，分析模块与所述存储模块相连，对故障事件进行时间维度、空间维度的交叉分析。

上述分析结果可以通过显示模块展示出来。

主控模块是带有逻辑处理功能的控制器，控制器采用标准的iec61131语言编程，使用梯形图或者结构化文本编写通信和逻辑语句。

扩展输入模块具有采集模拟量和数据量信号功能，与发动机上的传感器如转速传感器、油压传感器、接近开关或者行程开关等连接，将采集的数据转化为状态can数据，实时监控洗扫车运行状态；扩展输出模块接收总线上的can指令，发出高低电平或pwm信号或电流信号，驱动执行机构的动作。

显示模块主要是工业显示屏，显示画面通信组态软件编辑而成，以实现图形化界面，可直观的表示系统状态，如采用仪表形式显示发动机转速，采用图标显示油压报警状态。

语音报警模块能输出音频信号，通过功放喇叭，即可实现语音报警功能，以进行安全提示。语音模块还可以播放音乐；

辅助操作模块主要用于系统调试，可以控制单个执行器的动作；

传感器组及执行机构组是本系统必要的元件，用于采集发动机、液压系统的工作状态，驱动油缸气缸动作，完成洗扫作业。

各个模块根据所实现功能的不同，安装在洗扫车的不同位置，如主操作模块在驾驶室内，扩展输入模块在发动机附近，输出模块在液压阀和气阀附近，辅助操作模块安装在车体尾部，语音报警模块安装车头部位。

除上述模块外，其它具有can收发功能的模块，可很方便的加入到本分布式系统中，系统扩展功能极强，配置非常灵活。

采用该分布式模块化结构设计，各模块的任务负担均衡，硬件和软件设计都可得到简化，且can总线的高可靠性能保证系统良好的实时性。

进一步的，为了避免can总线通信阻塞，在can总线和各个模块连接的节点上设置id映射装置，用于将各模块以及各模块所连接的传感器、执行机构向can总线发送的报文id映射为带有地址字段的随机id；id映射装置具有编码单元，用于实时获取所述报文id，并将该报文id编制为带有地址字段的随机id。

由于清扫车在运作过程中容易受到周围环境的影响，所以在can总线的两端还可以分别设置设定阻值的匹配电阻，用于增强can总线的抗干扰性。

终端匹配电阻的大小由传输电缆的特性阻抗所决定，例如，双绞线的特性阻抗为120ω，则总线上的两个端点也应集成120ω终端电阻。

本发明的再一实施例是一种基于can总线的洗扫车分布式控制方法，可以采用上述控制系统，包括获取外部操作指令形成指令can数据，并发送至can总线；获取传感器组的输出形成状态can数据，也发送至can总线；

通过can总线获取所述指令can数据、状态can数据，经过逻辑判断，形成相应的动作指令，并将所述动作指令形成控制can数据，通过can总线向外发送；

can总线采用自定义的通信协议进行数据通信.

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。