Antriebscontroller mit CAN-Interface

Inhaltsverzeichnis

1. Aufgabenstellung

1.1. Eingrenzung des Aufgabenumfanges

2. Voruntersuchungen

2.1. Linearachse

2.2. Servoverstärker

2.3. Feldbussystem

2.4. Mikrocontroller

2.5. Software

3. Konzept des Antriebscontrollers

3.1. Hardware

3.2. Software

4. Hardwareumsetzung

4.1. Entwurf

4.1.1. Vorüberlegungen

4.1.1.1. Platine

4.1.1.2. Bauteile

4.1.1.3 Schnittstellen

4.1.2. Baugruppen

4.1.2.1. Netzteil

4.1.2.1.1. 5V-Versorgung

4.1.2.1.2. 12V-Versorgung

4.1.2.2. Mikrocontroller

4.1.2.2.1. Blockschaltbild

4.1.2.2.2. Takterzeugung

4.1.2.2.3. RESET-Logik

4.1.2.2.4. Programmier-Spannung

4.1.2.2.5. BDM-Interface

4.1.2.2.6. Digitale Ein-/ Ausgänge

4.1.2.3. CAN-Interface

4.1.2.4. RS232

4.1.2.5 Analogausgang

4.1.2.6. Externe Logik

4.1.2.6.1. Hardware

4.1.2.6.2. Software im EPLD

4.2. Realisierung

4.2.1. Bauteilbeschaffung

4.2.2. Platine

4.2.3. Bestückung

4.2.3.1. Durchkontaktierungen

4.2.3.2. SMD-Bauelemente

4.2.3.3. Konventionelle Bauelemente

4.2.4. Elektrische Prüfung

4.2.5. Funktionsprüfung

5. Softwareumsetzung

5.1. Architektur des Mikrocontrollers

5.1.1. CPU12

5.1.2. Digitale Portpins

5.1.3. Registerblock

5.1.4. Betriebsarten

5.1.5. Flash EEPROM

5.1.6. EEPROM

5.1.7. RAM

5.1.8. Interrupt- und RESET-Logik

5.1.9. Timer

5.1.10. PWM

5.1.11. Serielles Interface

5.1.12. CAN-Controller

5.1.13. A/D-Wandler

5.2. Software im Mikrocontroller

5.2.1. Protokolldefinition

5.2.1.1. Befehlsvorgabe

5.2.2. Deklarationen

5.2.3. Beschreibung der Unterprogramme

5.2.3.1. Unterprogramm ‘Absolut_Pos’

5.2.3.2. Unterprogramm ‘Regelung’

5.2.3.3. Unterprogramm ‘send0’

5.2.3.4. Unterprogramm ‘Start_Ini’

5.2.3.5. Unterprogramm ‘Abstand’

5.2.3.6. Unterprogramm ‘Test_CAN’

5.2.3.7. Unterprogramm ‘initall’

5.2.3.8. Unterprogramm ‘_hc12’/ Quelltext „hc12.s“

5.2.3.9. Unterprogramm ‘_inithc12’/ Quelltext „hc12.s“

5.2.4. Hauptprogramm

5.3. Software im EPLD

5.3.1. Richtungs-Diskriminator

5.3.2. 24Bit-Zähler

5.3.3. Register bzw. Adreßdekoder

5.3.4 Zusammenwirken der Teilkomponenten

6. Umsetzung in Praktikumsversuch

6.1. Konzept

6.1.1. Hardware

6.1.2. Software

6.1.2.1. Visualisierungssoftware

6.1.2.2. fuzzyTech®

6.1.2.3. Compiler

6.1.2.3.1. Batch-Datei

6.1.2.3.2. Link-Definition-File

6.1.2.3.3. Initialisierungsroutine „crts.s“

6.1.2.4. Debugger/ Downloader

6.2. Kurzbeschreibung des Praktikumsversuches

6.2.1. Versuchsvorbereitung

6.2.2. Generierung der Regeln

6.2.3. Übertragen des Regelwerkes

6.2.4. Evaluierung der Regelung

7. Ergebnis

7.1. Nebenentwicklung

8. Ausblick

Anhang A - Stromlaufpläne und Fertigungsunterlagen

A1. Stromlaufpläne

A1.1. Stromversorgung

A1.2. Mikrocontroller

A1.3. BDM-Interface/ RESET

A1.4. Schnittstelle CAN

A1.5. Digitale I/O

A1.6. Analogausgang

A1.7. Encoder-Auswertung

A1.8. Alternative Kommunikationskomponenten

A2. Fertigungsunterlagen

A2.1. Durchkontaktierungen

A2.2. Bestückungsplan

A2.3. Layout

A2.4. Stückliste

Anhang B - Software

B1. Mikrocontroller

B1.1. Programmablaufpläne

B1.1.1. Hauptprogramm

B.1.1.2. Unterroutine ‘_main’

B.1.1.3. Unterroutine ‘initall’

B.1.1.4. Unterroutine ‘_inithc12’

B.1.1.5. Unterroutine ‘Absolut_Pos’

B.1.1.6. Unterroutine ‘Test_CAN’

B.1.1.7. Unterroutine ‘Start_Ini’

B.1.1.5. Unterroutine ‘send0’

B.1.1.6. Unterroutine ‘Regelung’

B1.2. Quelltexte

B1.2.1. Quelltext von „iob32can.s“

B1.2.2. Quelltext des Hauptprogrammes

Unterroutine ‘Absolut_Pos ‘

Unterroutine ‘Regelung‘

Unterroutine ‘send0‘

Unterroutine ‘Start_Ini‘

Unterroutine ‘Abstand‘

Unterroutine ‘Test_CAN‘

Unterroutine ‘initall‘

B1.2.3. Quelltext von „hc12.s“

Unterroutine ‘_hc12’

Unterroutine ‘_inithc12’

B1.2.4. Quelltext von „crts.s“

B 2. EPLD

B2.1. Übersichtsbild

B2.2. Richtungsdiskriminator

B2.3. 24Bit-Zähler

B2.4. Register/ Adreßdekoder

B2.5. Projektdatei

B3. Software zur Programmierung (PC)

B 3.1. Quelltext von „f_prakt.bat“

B3.2. Quelltext von „linkdef.asm“

Anhang C - Versuchsanleitung für Praktikumsversuch

C1. Praktikumsanleitung

C2. Adressliste

C3. Kabelverbindungen und Jumper

Zielsetzung & Themen

Die Diplomarbeit hat das Ziel, einen Antriebscontroller mit CAN-Interface zu entwickeln, der als Hardware-Plattform für einen Praktikumsversuch zum Thema Fuzzy-Regelung dient und eine Echtzeit-Visualisierung der Regelung ermöglicht.

• Entwicklung und Schaltungsentwurf eines Antriebscontroller-Boards
• Implementierung von Fuzzy-Regelalgorithmen mittels fuzzyTech®
• Integration einer CAN-Bus-Schnittstelle zur Kommunikation
• Hardwarenahe Programmierung des Mikrocontrollers in Assembler
• Konzeption eines Praktikumsversuchs zur Evaluierung der Regelgüte

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Aufgabenstellung: Definition des Themas Antriebscontroller und Festlegung der Anforderungen an den Schaltungsentwurf, den Aufbau sowie die Erstellung eines Praktikumsversuchs.

2. Voruntersuchungen: Analyse vorhandener Komponenten wie Linearachse, Servoverstärker und CAN-Bussystem zur Kosten- und Qualitätsoptimierung im Entwurf.

3. Konzept des Antriebscontrollers: Beschreibung des systemweiten Hard- und Softwarekonzepts, einschließlich der Signalaufbereitung und der zyklischen Programmablaufstruktur.

4. Hardwareumsetzung: Detaillierte Erläuterung des Entwurfs, der Fertigung der Platine und der elektrischen sowie funktionalen Prüfung der einzelnen Baugruppen.

5. Softwareumsetzung: Detaillierte Vorstellung der Mikrocontroller-Architektur und der in Assembler implementierten Unterprogramme sowie der Logik im EPLD.

6. Umsetzung in Praktikumsversuch: Anleitung zur praktischen Anwendung des entwickelten Systems, inklusive Visualisierung, Compilierung und Evaluierung des Regelverhaltens durch Studierende.

7. Ergebnis: Zusammenfassung der erfolgreich realisierten Vorgaben sowie kurze Erwähnung einer Nebenentwicklung zur Feldbusanbindung.

8. Ausblick: Hinweise auf potenzielle Weiterentwicklungen und Optimierungsmöglichkeiten für zukünftige Arbeiten.

Schlüsselwörter

Antriebscontroller, CAN-Interface, Fuzzy-Regelung, Mikrocontroller, MC68HC912BC32, Assembler, Linearachse, Servoverstärker, Praktikumsversuch, EPLD, EPM7128, Echtzeit-Visualisierung, Hardware-Plattform, Regelalgorithmen, Digitale Schaltungstechnik

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Realisierung eines Antriebscontrollers mit CAN-Interface, der speziell als Basis für einen universitären Praktikumsversuch konzipiert wurde.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Zu den Schwerpunkten gehören das Hardware-Design für eingebettete Systeme, die Implementierung von Fuzzy-Logik zur Antriebssteuerung und die Einbindung in industrielle Bussysteme wie den CAN-Bus.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das Hauptziel war die Entwicklung einer realen Hardware-Plattform, die es Studierenden ermöglicht, eigene Fuzzy-Regelungen zu entwerfen, zu implementieren und deren Qualität in Echtzeit zu visualisieren.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Es wurde ein systematischer Ingenieursansatz gewählt, bestehend aus Voruntersuchungen, Schaltungsentwurf, manueller Leiterplattenfertigung, Assembler-Programmierung für den Mikrocontroller und funktionaler Validierung.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in die Hardwareumsetzung mit Entwurfsentscheidungen und Bestückung sowie die detaillierte Softwareumsetzung für den Mikrocontroller (einschließlich Protokolldefinition) und den EPLD.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die Arbeit ist gekennzeichnet durch Begriffe wie Antriebscontroller, CAN-Interface, Fuzzy-Regelung, MC68HC912BC32, Mikrocontroller und Praktikumsversuch.

Warum wurde für die Implementierung der Logik ein EPLD gewählt?

Der EPLD (EPM7128) wurde gewählt, um die zeitkritische Aufbereitung der inkrementellen Encoder-Signale durch eine synchrone Logik zuverlässig zu lösen und eine Entlastung des Mikrocontrollers zu erreichen.

Welche Rolle spielt fuzzyTech® in dieser Arbeit?

fuzzyTech® dient als Entwurfswerkzeug zur graphischen Generierung der Fuzzy-Regelwerke, aus denen automatisch der für den 68HC12 benötigte Assembler-Code erzeugt wird.