在自动操控体系中，执行器同操控器或操控体系相连，一起完结对工业进程的操控。现场总线是进程操控技能、外表工业技能和计算机网络技能三大技能领域相结合的产品。WorldFIP现场总线既是实时的，可猜测的，又是面向未来的、能够和Internet衔接的现场总线。本文对开发根据WorldFIP现场总线技能的智能电动执行器的软硬件进行了讨论，包含：MCU操控板卡，通讯板卡和驱动板卡，以及相关软件程序的规划与开发。
1、导言
现场总线是从20世纪80年代中期发展起来的。跟着工业自动化与微处理器计算机网络的不断发展，要求有一种能在工业现场环境运转的、功用牢靠、造价低价的通讯体系以构成工厂底层网络，完结现场自动化设备之间的多点数字通讯，完结底层现场设备之间以及出产现场与外界的信息沟通。上世纪八、九十年代以来，逐渐呈现多种智能执行器，本文首要完结一种根据WorldFIP现场总线技能的智能电动执行器规划。
2、电动执行器硬件全体架构及框图
图1WorldFIP现场总线智能执行器操控器硬件框图
全体硬件框图如图1。两条现场总线1，2互为热备份，连到通讯板卡，通讯板卡将总线活动转化为MCU能够了解的信息，完结总线变量、音讯、事情的传递，它是WorldFIP现场总线通讯协议的具体完结，它的规划也是本规划中的要点和难点。MCU是本外表的处理中心，一切的程序、数据、算法、功用块和通讯库都存储其间，用户程序运用它内置的通讯库来完结与总线的数据沟通，并依照总线指令驱动执行器输出，把执行器角方位经过A/D转化后送入总线，对执行器角方位的指令值和当时反应值经过LCD进行实时显现。电源转化、电机的驱动与阻隔以及角方位反应都集成在驱动板卡上。
3、硬件电路具体规划
3.1MCU板卡与LCD规划
MCU作为整个操控器的处理中心，使命包含：经过通讯板卡与WorldFIP现场总线进行通讯，程序运转、数据存储与运算，信号处理，LCD显现和执行器驱动信号输出等。根据以上，咱们选用了Motorola的68HC12系列的16位单片机68HC912BC32作为本规划的MCU，它与68HC11向上兼容;内部具有32K的FLASH、768字节的EEPROM和1K的RAM，能够满意程序的存储、仓库运用、数据存储和未来的扩容需求而无须别的扩大存储器;总线速度快，8M，4M，2M主频可选，一个时钟周期就能够完结对齐/非对齐字的读写，体系总线上搅扰较少;I/O口数量足够;内置有8路10位A/D转化器;内置4路8位或2路16位PWM通道;内置SCI，SPI和看门狗;具有含糊逻辑指令;还有WAIT，STOP两种省电形式可选。LCD显现器选用了南京国显公司的HD44780点阵字符型液晶显现模块。该模块技能老练，与MCU接口简略，减少了开发周期。68HC12与LCD的接口如图2所示。
图268HC12与LCD的接口图
3.2电源转化、驱动及反应板卡的开发
本规划的电源输入DC24V，硬件选用LM2572-5.0来完结DC24V到DC5V的转化，LM2572-12来完结DC24V到DC12V的转化。LM2575系列开关稳压集成电路是美国国家半导体公司出产的集成稳压电路，它内部集成了一个固定的振动器，只须很少外围器材便可构成一种高效的稳压电路，可大大减小散热片的体积，而在大多数情况下并不需要散热片;内部有完善的维护电路，包含电流约束及热关断电路等;芯片可供给外部操控引脚。是传统三端式稳压集成电路的抱负代替产品。典型特性：振动频率54kHz;最大稳压差错4%;转化功率75%～88%(不同电压输出的功率不同);作业温度规模-40℃～+125℃。
方位反应模块。该模块作用是将电动机经减速器输出的角方位反应到68HC12中，能够考虑光电编码器和霍尔传感元件，但考虑到价格要素，本规划中依然沿用了传统的电位器反应，阻值500欧姆，精度1%。接线比较简略。
本规划所运用的电机是天津出产制作的3100型角行程电动执行器，额外转矩250Nm，4~20mA电流驱动，选用电位器反应。在电机驱动中选用了北京科通电子继电器总厂出产的国冠牌JGX-3F型沟通固态继电器。图3所示为驱动电动机正转的使用电路图，68HC12将操控信号置为高电平，使三级管导通，固态继电器输入端参加正向压降，输出导通，电机正转。电动机回转的使用电路图与之相似。
图3固态继电器用于电机正转
3.3通讯板卡的开发
通讯板卡担任与WorldFIP现场总线的通讯，是本规划的要点与难点。板卡要害元件包含通讯操控器MICROFIP，线驱动器FIELDRIVE和阻隔变压器FIELDTR，均由法国ALSTOM公司规划、供给。WorldFIP通讯板卡的组成框图如图4。依照功用分为3大部分：通讯操控器(MICROFIP)，通讯收发驱动器(FILEDRIVE)和阻隔变压器(FILEDTR)。该板卡是总线冗余的，配备有两路完全相同的通讯收发驱动器和阻隔变压器。
图4通讯板卡整体框图
4、电动执行器硬件
MCUez集成使用图形开发环境是68HC12的软件开发渠道，它分为Motpad文本编辑程序，Assembler编译程序，DEBUG调试程序和Linker衔接程序4部分。其间，最为重要的它的DEBUG调试程序，该程序的源代码窗口，汇编代码窗口，数据窗口，指令行窗口，寄存器窗口和内存窗口，能够对用户程序完结断点盯梢，单步调试，全速运转等多种调试功用。该东西结合串行调试接口(SDI)一起完结对MCU程序的调试作业。
整个软件的规划完全由汇编语言写成，遵循了自顶向下和模块化的准则，首要包含主程序，中止服务程序，A/D转化子程序，LCD显现子程序，执行器驱动输出子程序和以上说到的通讯库等几个部分以及辅佐的写FLASH程序和写EEPROM程序。MICROFIP的变量与音讯的管理都依托中止来完结，机制简述如下：MICROFIP满意必定条件时会从它的IRQ0N管脚给出中止信号，这时MCU内部的程序跳转到中止服务程序，经过读MICROFIP内部的IRQSA寄存器，能够知道究竟是什么原因触发了中止，并给标志字节INT_FLAG置位，而主程序中在初始化后则进入死循环，在循环内反复读该标志字节，然后跳转到相应的处理程序，图5为中止处理程序流程图。
