Progetto di un sistema di controllo per un robot basato su CAN bus

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Ruggero Meloni
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1 Università degli studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Tesi di Laurea in Ingegneria Informatica ed Elettronica Progetto di un sistema di controllo per un robot basato su CAN bus Relatore Ing. Antonio Ficola Candidato Giulio Spinozzi Anno Accademico 2008/2009

sistema di controllo per un robot basato su CAN bus Relatore Ing.

2 Dedicato ai miei genitori

3 Indice 1 Introduzione I nodi della rete Il Master Gli Slave Il PC I messaggi scambiati Azionamenti e motori Definizione di Azionamento Il CAN bus CAN bus secondo il modello ISO-OSI Data Link Layer: Il Transfer Layer Struttura dei messaggi Arbitraggio del bus Data Link Layer: l Object Layer Modi di operare Ricezione di messaggi Trasmissione di messaggi Gestione degli errori Il Physical Layer PLS (Physical Signaling) e la Baud Rate MDI (Medium Dependent Interface) PMA (Physical Medium Attachment) Il Controllo Controllo feed-back o in retroazione Tecniche di controllo Regolatori Standard Il motore a corrente continua Encoder incrementale Ponte H e modulazione PWM Modulazione PWM Ponte H Scambio di dati tramite calcolatore: l UART Il Progetto L oscillatore Il Timer L UART, ovvero lo scambio dati Master-PC

1 CAN bus secondo il modello ISO-OSI.................... 13 2.2 Data Link Layer: Il Transfer Layer...................... 15 2.2.1 Struttura dei messaggi......................... 15 2.2.2 Arbitraggio del bus.

4 INDICE Il CAN bus Il QEI Il Regolatore Il PWM L Elettronica La scheda Master L alimentazione La programmazione I LED L oscillatore esterno L UART Il CAN bus Le schede Slave Encoder incrementale Alimentazione motore e ponte H Collegamento motore al ponte H Il ponte H Eagle, PCB e librerie Conclusioni Sviluppi futuri A Il dspic 76 A.1 La scelta del dspic30f A.2 Architettura della famiglia dspic30f A.3 La memoria A.4 La periferiche A.5 Gli Interrupts A.6 Clock di sistema A.7 L ambientie di sviluppo: MPLAB A.8 Pin dspic30f4011 TQFP B I firmware delle schede elettroniche 86 B.1 Il Master B.2 Lo Slave

1.3 I LED.................................. 56 5.1.4 L oscillatore esterno.......................... 56 5.1.5 L UART................................. 57 5.1.6 Il CAN bus............................... 58 5.

5 Elenco delle figure 1.1 Schema dello SCORBOT Schema della rete Suddivisione in stadi di un azionamento (1) Suddivisione in stadi di un azionamento (2) CAN bus in un automobile CAN secondo OSI Schema del Data Frame Arbitraggio del bus Schema a blocchi della ricezione Confronto maschera, filtro e ID messaggio Schema a blocchi della trasmissione Tempo per bit (1) Tempo per bit (2) Tempo per bit (3) Esempio di bus CAN Schema di controllo in retroazione Motore Brushed (1) Motore Brushed (2) Sezione di un encoder incrementale Impulsi con ugual periodo ma diverso duty cycle PWM di una sinusoide, ottenuto per confronto con un dente di sega Il ponte H Modulo di potenza interfacciato al dspic Clock del sistema Schema di messaggio UART Eventi di comunicazione Funzionamento QEI (2X) Utilizzo di MAXCNT (4X) Aggiornamento del periodo di PWM Relazione tra i registri PTPER e PDCx Esempio di uscite complementari Interfaccia alla programmazione Interfaccia a ICD Schema elettrico dell oscillatore esterno Circuito del MAX

3 Schema del Data Frame............................ 16 2.4 Arbitraggio del bus............................... 18 2.5 Schema a blocchi della ricezione........................ 20 2.

6 ELENCO DELLE FIGURE Schema dell MCP Schema di controllo in retroazione del motore Schema controllo del motore Circuito equivalente del driver L Circuito equivalente del TSC Schematico della scheda Master PCB, livello superiore, della scheda Master PCB, livello inferiore, della scheda Master Schematico della scheda Slave senza TSC PCB, livello superiore, della scheda Slave senza TSC PCB, livello inferiore, della scheda Slave senza TSC Schematico della scheda Slave con TSC PCB, livello superiore, della scheda Slave con TSC PCB, livello inferiore, della scheda Slave con TSC A.1 Architettura DSP A.2 Diagramma pin dspic30f

11 PCB, livello superiore, della scheda Master................. 66 5.12 PCB, livello inferiore, della scheda Master.................. 67 5.13 Schematico della scheda Slave senza TSC101................ 68 5.

7 Elenco delle tabelle 2.1 Rapporto lunghezza bus/bit Rate Tabella logica del ponte H Standard ID degli Slave Standard ID del Master Maschere e filtri del Master Maschere e filtri degli Slave Tipologie di messaggi trasmessi Valori della variabile AngPos Calcolo del dead time A.1 dspic30f Motor Control and Power Conversion Family A.2 Sorgenti di interrupt associati a IFS A.3 Moltiplicatori PLL A.4 Descrizione pin dspic30f4011 (1) A.5 Descrizione pin dspic30f4011 (2)

5 Tipologie di messaggi trasmessi........................ 46 4.6 Valori della variabile AngPos......................... 48 4.7 Calcolo del dead time............................. 52 A.

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