基于CAN總線的多天線控制器設計及PID實現

摘要：為了實現對偵察雷達多部天線的計算機控制，天線控制系統采用了基于CAN總線的系統結構。基于對天線方位信號數字化原理的分析，設計了位置隨動旋轉編碼器接口電路，給出了天線控制系統的PID控制算法，通過調整PID參數，較好地控制了天線的轉動，簡化了天線控制系統的結構，實現了一個控制臺對多部天線的控制。
關鍵詞：CAN總線；天線方位；方位信號；PID控制

O 引言
雷達偵察設備由于要對從幾百兆赫至幾十吉赫的頻段進行偵察接收，為了保證天線的電氣特性，同時便于跟蹤不同波段的多個目標，往往采用多部天線。以往對天線的控制多采用相互獨立的方式，每一部天線有對應的一套控制系統，其結果不僅是設備量大，故障率高，而且操作起來也不方便。為了簡化對多部天線的控制，可以利用CAN總線的優勢。CAN(Controller Area Network)總線為多主總線，具有點對點，一點對多點通信的功能，它采用非破壞性總線仲裁技術，可以根據總線上不同節點的優先級高(低)安排數據的傳輸次序，節省了總線仲裁時間，通信距離最遠可達10 km(5 Kb／s)，通訊速率最高可達1 Mb／s(40 m)。此外，CAN協議能夠對通信數據進行編碼，使得網絡內的實際節點數可達100個以上。某雷達偵察設備中共有六部天線，對應于六個不同的波段，每部天線作為一個節點，操作臺作為上位節點，通過設計靈活地控制軟件，完成對各天線掃描方式、掃描速度及掃描范圍的設定及PID控制。

1 CAN總線多夫線控制系統的組成
多天線控制系統由本地控制組件、CAN總線和天線控制器組成，如圖1所示。其中本地控制組件包括本控面板、電源、微處理器和電機驅動電路，負責天線的位置信息采集和電機控制算法的實現；CAN總線采用CAN 2．0B標準協議進行數據傳輸，接口芯片采用SJA1000，完成物理鏈路層和數據鏈路層兩層功能；天線控制器包括顯示面板、控制按鍵、手輪、微處理器等，用于接收用戶操作指令，顯示指定天線的狀態和控制天線的運動方式。

在由CAN總線構成的天線控制系統中，天線控制器和本地控制組件各分配一個固定的CAN網絡地址，天線控制器通過面板選擇所要控制的天線編號，將該天線的工作方式(扇掃、環掃、手動)、工作參數(扇掃邊界、掃描速度)等發送到所選天線的本地控制組件，再由本地控制組件根據天線控制器給出的控制算法，實現對天線的控制，并將天線的當前參數(方位、轉速、轉向)通過CAN總線傳送到天線控制器上顯示。手動方式時，所選天線的本地控制組件根據天線控制器手輪的控制信息和跟隨算法，實現對天線的手動位置控制。