奧地利貝加萊BR伺服驅動器

貝加萊伺服驅動器ACOPOS

貝(bei)加萊EnMon對一個企業(ye)的(de)監測安裝范圍包括總廠供(gong)(gong)(gong)電/供(gong)(gong)(gong)熱(re)/供(gong)(gong)(gong)氣/供(gong)(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)用量（無論是(shi)地下水(shui)(shui)(shui)還是(shi)城市管網供(gong)(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)）數(shu)(shu)據(ju)采(cai)集，供(gong)(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)壓，水(shui)(shui)(shui)溫等實時數(shu)(shu)據(ju)采(cai)集，各個分(fen)廠供(gong)(gong)(gong)電/供(gong)(gong)(gong)熱(re)/供(gong)(gong)(gong)氣/供(gong)(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)用量數(shu)(shu)據(ju)采(cai)集，其它相關獨(du)立核算部門數(shu)(shu)據(ju)采(cai)集等，能(neng)源消耗量能(neng)綜合比對分(fen)析（如圖(tu)6所示）。此(ci)外，EnMon還著重(zhong)于對能(neng)源介(jie)質(zhi)品質(zhi)進行監控，而zui終的(de)目標是(shi)能(neng)效(xiao)利用率zui大化。

CAN總線是目前世界上應用zui廣泛的現場總線之一，在我國得到越來越多的應用。多電機消隙控制模式常用于大型雷達天線控制系統，主要用以消除其轉臺的齒輪間隙。本文以基于CAN總線和PCC的高精度多電機消隙天線控制系統為背景，著重描述了該系統的控制原理和軟、硬件設計。
關鍵詞CAN總線；多(duo)電機齒輪(lun)消隙；天線控制系(xi)統

在高精度天線控制系統中（如跟蹤衛星通信天線），精密跟蹤和方位控制對天線的傳動系統精度提出了*的要求。但是由于存在機械加工誤差、機械磨損和傳動齒輪之間存在一定的間隙，既影響天線控制系統的跟蹤精度，又影響天線控制系統的穩定性。因此必須消除傳動齒輪之間的間隙，提高傳動精度。
為解決這一問題，人們想了很多方法。傳統的方法是對機械的傳動結構進行改進。但從已知的消除齒輪間隙的方法看，它們總存在這樣或那樣的不足，如結構復雜、尺寸大、承載能力差等。因此在高精度天線控制系統中傳統的消隙方法無法使用。本控制系統采用多電機來消除傳動機構中的齒輪間隙，從而提高傳動精度。
基于以上分析，該系統采用基于可編程計算機控制器（Programmable Computer Controller，簡稱PCC）和CAN總線的控制系統。多電機消隙天線控制系統在天線控制系統中應用比較普遍，特別是對于大型雷達天線的轉臺的消隙就更為常見。該案例采用目前流行的CAN總線技術和PCC等工控產品，為實現天線轉臺的消隙、方位、俯仰等控制功能，提供了多電機控制的全套解決方案。該方案具有以下特點
（1）采用CAN總線對四臺直流調速器進行組網，不僅實現了全數字控制，而且結構簡單，數據通信簡便，可靠性高。
（2）數字速度調節器具有力矩均衡分配和環路控制功能。
（3）實現轉臺的方位、俯仰雙向轉動均衡式消隙。
（4）高效的控制算法，可以實現天線控制系統定位、目標跟蹤、俯仰、環掃、扇掃。
（5）實現三電(dian)機(ji)(ji)、雙(shuang)電(dian)機(ji)(ji)或單(dan)電(dian)機(ji)(ji)的(de)運行（降功(gong)率）。

CAN，全稱為“Controller  Area  Network"，即控制器局域網，是上應用zui廣泛的總線之一。它是一種在自動化領域內廣泛使用的多線路協議和有效地支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN的應用范圍遍及汽車、機械、醫療設備、建筑環境以及工業自動化行業的其它很多領域。
CAN總線之所以能得到如此廣泛的應用，其主要原因如下
（1）強有力的錯誤檢測能力及差分驅動功能。
（2）在十分苛刻的環境中仍運行良好。
（3）在傳輸介質和線路設計方面，CAN總線也十分靈活。
CAN總線具有下列主要特性
（1）低成本。
（2）*的總線利用率。
（3）相當長的傳輸距離（長達10km）。
（4）高速數據傳輸速率（高達1Mbit/S）。
（5）可靠的錯誤處理和檢錯機制。
(6) 發送期間若由于出錯而遭破壞的信息可自動重發送。
（7）節點(dian)在嚴重錯誤(wu)的(de)情況(kuang)下具有自動(dong)退出總(zong)線的(de)功能。

多電機消(xiao)隙(xi)天線控(kong)制(zhi)系(xi)統采用貝(bei)加(jia)萊公(gong)司的(de)(de)可編程(cheng)自動化(hua)控(kong)制(zhi)器（PCC）為主控(kong)制(zhi)器，并采用其Automation Studio集(ji)成軟件平臺所包(bao)含(han)的(de)(de)高(gao)級(ji)語言BASIC編制(zhi)硬件驅(qu)動程(cheng)序和速度PID算法，通(tong)過CAN總線通(tong)信實(shi)現(xian)對四臺直(zhi)流控(kong)制(zhi)器的(de)(de)組網控(kong)制(zhi)，從而實(shi)現(xian)對四臺轉(zhuan)臺驅(qu)動電動機的(de)(de)協調控(kong)制(zhi)，共同(tong)驅(qu)動一個(ge)轉(zhuan)臺。實(shi)現(xian)力矩的(de)(de)分(fen)擔和傳(chuan)動間隙(xi)的(de)(de)消(xiao)除，從而提高(gao)系(xi)統跟(gen)蹤精度

天線(xian)(xian)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)單元（即操(cao)作(zuo)人機界面(mian)HMI，采用B&R的(de)PP320觸摸屏）通過(guo)內部IMA與多(duo)電(dian)(dian)機控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器（PCC的(de)中央(yang)處理器模塊(kuai)CP476）之(zhi)間進(jin)行通信，實現(xian)速(su)度(du)指(zhi)令、狀態(tai)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)和狀態(tai)信息(xi)等遠控(kong)操(cao)作(zuo)。四臺(tai)直流驅動器通過(guo)CAN總線(xian)(xian)組網控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，通過(guo)SSI讀取轉臺(tai)的(de)位(wei)置信號；天線(xian)(xian)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)的(de)控(kong)保電(dian)(dian)路的(de)信號采集等都是(shi)由多(duo)電(dian)(dian)機控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器（CP476）通過(guo)其I/O點（DM465數(shu)字量I/O模塊(kuai)）實現(xian)的(de)。這種方案不僅實現(xian)了全數(shu)字控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，而且結構簡單、接口清晰、可靠性高(gao)。可以看出多(duo)電(dian)(dian)機控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器（CP476）和CAN總線(xian)(xian)的(de)應用是(shi)關鍵所在。

對于四臺電動機協調控制一個轉臺來說，要實現齒輪消隙，其中兩臺要作為速度控制模式工作，作為消隙驅動的主電動機，提供與天線轉動方向*的主動驅動力矩。另外兩臺要作為力矩控制模式工作，作為消隙驅動的從動電機，為消隙機構的齒圈提供向后的嚙合“張緊力"。
天線(xian)控制(zhi)單(dan)元HMI（PP320）通過串行接口RS-232將速度指令發(fa)送給多電(dian)機控制(zhi)器（CP476），多電(dian)機控制(zhi)器（CP476）通過CAN總線(xian)分別對(dui)四臺直(zhi)流調速器（歐陸）實現(xian)(xian)速度控制(zhi)和(he)力矩控制(zhi)的切換，以實現(xian)(xian)對(dui)天線(xian)轉臺的無間隙傳動。

奧地利貝加萊BR伺服驅動器

貝加萊ACOPOS 伺服驅動
8V1010.50-2
8V1016.50-2
8V1010.00-2
8V1016.00-2
8V1022.00-2
8V1045.00-2
8V1090.00-2
8V1180.00-2
8V1320.00-2
8V1640.00-2
8V128M.00-2

在嵌入式系統中，低功耗設計是在產品規劃以及設計過程中必須要面對的問題。半導體芯片每18個月性能翻倍。但同時，電池的技術卻跟不上半導體的步伐，同體積的電池10年容量才能翻一倍。嵌入式系統對于使用時間以及待機時間的要求也越來越高，這就需要在設計產品的時候充分考慮到整個系統的低功耗設計。功耗控制是一個系統的工程，需要從低功耗的器件選型、硬件的低功耗設計與制造技術、軟件的低功耗優化等多個方面來統籌考慮。上海韋米總結從以上多個角度來闡述嵌入式系統中低功耗設計要點。
隨著半導體工藝的不斷發展，半導體的制造工藝也在不斷進步，選用先進工藝以及低功耗設計的元器件可以從源頭上降低整個系統的功耗。主控芯片的選型要充分考慮到系統的使用場景，對于那些運算任務比較多的應用場景下，可以選用能耗比高的芯片來設計，比如像ambiq的Apollo系列芯片，該芯片采用具有SPOT技術，芯片在亞閾值穩定運行，可減少能源消耗近13倍，實現低功耗技術。
對于嵌入式系統，電源芯片對于低功耗設計是一個很重要的器件。電源芯片自身的功耗以及轉換效率在很大程度影響電池的使用時間。進行低功耗的穩壓電路設計，需采用低功耗的LDO或者DCDC芯片，如TI的TPS797系列，自身功耗僅1．2uA。
在滿(man)足功能需求的(de)(de)情況下，盡量(liang)選用帶觸(chu)發輸出功能外(wai)部器件(jian)(jian)(jian)而非需要輪詢的(de)(de)外(wai)部器件(jian)(jian)(jian)，這樣可(ke)以減少MCU的(de)(de)運行時(shi)間，平(ping)時(shi)MCU可(ke)以一直處于睡眠狀態(tai)下，在滿(man)足觸(chu)發條(tiao)件(jian)(jian)(jian)時(shi)有外(wai)部器件(jian)(jian)(jian)通過中(zhong)斷(duan)喚醒MCU工作。硬件(jian)(jian)(jian)設(she)計對于嵌入(ru)式系統的(de)(de)功耗也(ye)有著(zhu)至關(guan)重要的(de)(de)因(yin)素。

對外圍元器件的電源控制(zhi)，采用(yong)帶關斷功能(neng)的器件，對于那些進入低功耗(hao)(hao)模式下(xia)不(bu)需(xu)要工作(zuo)的外設，可以使用(yong)MOS管(guan)電路配(pei)合MCU控制(zhi)對局部的電路進行電源管(guan)理。在(zai)該設備不(bu)需(xu)要工作(zuo)時，盡量關斷該部分電源，以達到更低的功耗(hao)(hao)。

多級電(dian)(dian)壓設(she)計，電(dian)(dian)壓和功耗(hao)有著密(mi)切的聯系。因此功耗(hao)的降(jiang)低(di)可以考慮對于(yu)(yu)不同(tong)(tong)的電(dian)(dian)路(lu)模塊，使用不同(tong)(tong)的電(dian)(dian)壓等級，可以采(cai)用DVFS動態電(dian)(dian)壓頻率技(ji)術，通(tong)過將不同(tong)(tong)電(dian)(dian)路(lu)模塊的工作電(dian)(dian)壓及工作頻率降(jiang)低(di)到恰(qia)好滿足系統(tong)低(di)要(yao)求(qiu)，來實時降(jiang)低(di)系統(tong)中不同(tong)(tong)電(dian)(dian)路(lu)模塊功耗(hao)的方法(fa)。硬件設(she)計對于(yu)(yu)MCU的每個IO口都要(yao)避免(mian)IO口漏電(dian)(dian)流。當外設(she)掉電(dian)(dian)時，IO口仍然會(hui)有潛(qian)在的電(dian)(dian)源輸出，所以IO口需要(yao)默認(ren)配置成(cheng)低(di)電(dian)(dian)平或(huo)者高電(dian)(dian)平狀態，避免(mian)漏電(dian)(dian)流。

軟件(jian)對功耗的優化(hua)涉(she)及到多個層次和方面(mian)。適當的降低(di)CPU的運(yun)(yun)行頻(pin)率(lv)，降低(di)MCU的運(yun)(yun)行速度(du)，可以有效的降低(di)運(yun)(yun)行時需要消耗的電(dian)(dian)流(liu)，芯(xin)片的功耗和主頻(pin)是線(xian)性的關系，更(geng)高的時鐘頻(pin)率(lv)意味著更(geng)快(kuai)的MCU運(yun)(yun)行速度(du)，那么MCU內部CMOS電(dian)(dian)路就更(geng)快(kuai)的開關頻(pin)率(lv)，導致(zhi)更(geng)高的運(yun)(yun)行電(dian)(dian)流(liu)和待機(ji)電(dian)(dian)流(liu)。

合(he)理的(de)(de)使(shi)用MCU的(de)(de)待(dai)機(ji)(ji)模(mo)(mo)(mo)式(shi)，在(zai)當(dang)前沒有任(ren)(ren)務(wu)需要處理時(shi)，將(jiang)MCU進入(ru)到(dao)低(di)功(gong)(gong)耗(hao)的(de)(de)睡(shui)(shui)眠模(mo)(mo)(mo)式(shi)。對于(yu)使(shi)用嵌入(ru)式(shi)操作系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)嵌入(ru)式(shi)產品(pin)，一(yi)般都是在(zai)idle空閑任(ren)(ren)務(wu)中進入(ru)睡(shui)(shui)眠模(mo)(mo)(mo)式(shi)，但是為了進一(yi)步降低(di)功(gong)(gong)耗(hao)，實現低(di)功(gong)(gong)耗(hao)設(she)計(ji)，我們還不能直(zhi)接把睡(shui)(shui)眠或(huo)者停機(ji)(ji)模(mo)(mo)(mo)式(shi)直(zhi)接放在(zai)空閑任(ren)(ren)務(wu)就可以了，需要設(she)計(ji)一(yi)種更先進的(de)(de)休眠機(ji)(ji)制，比如在(zai)freertos操作系(xi)(xi)統(tong)(tong)中使(shi)用tickless 低(di)功(gong)(gong)耗(hao)機(ji)(ji)制，進入(ru)空閑任(ren)(ren)務(wu)后(hou)，首(shou)先要計(ji)算(suan)可以執(zhi)行(xing)(xing)低(di)功(gong)(gong)耗(hao)的(de)(de)大時(shi)間(jian)(jian)，也就是求出(chu)下一(yi)個要執(zhi)行(xing)(xing)的(de)(de)高(gao)優先級任(ren)(ren)務(wu)還剩多(duo)少時(shi)間(jian)(jian)。然(ran)后(hou)就是把低(di)功(gong)(gong)耗(hao)的(de)(de)喚醒時(shi)間(jian)(jian)設(she)置為這個求出(chu)的(de)(de)時(shi)間(jian)(jian)，到(dao)時(shi)間(jian)(jian)后(hou)系(xi)(xi)統(tong)(tong)會從低(di)功(gong)(gong)耗(hao)模(mo)(mo)(mo)式(shi)被喚醒，繼續執(zhi)行(xing)(xing)多(duo)任(ren)(ren)務(wu)。

關注(zhu)每一個GPIO口(kou)(kou)電平狀態，在進入睡眠之前(qian)配置(zhi)所(suo)有的GPIO口(kou)(kou)到(dao)高電平或者(zhe)低電平以(yi)(yi)(yi)降低漏(lou)電流。對于外掛的傳感器以(yi)(yi)(yi)及外圍設備(bei)，也(ye)需(xu)要在進入睡眠之前(qian)配置(zhi)其功耗模式以(yi)(yi)(yi)降低消耗的電流。

合理(li)關閉MCU內(nei)部(bu)模(mo)(mo)塊(kuai)，對于在(zai)(zai)(zai)Deep Sleep模(mo)(mo)式下(xia)不(bu)需(xu)要(yao)工作的(de)(de)內(nei)部(bu)模(mo)(mo)塊(kuai)都要(yao)關閉時(shi)(shi)鐘(zhong)以(yi)及(ji)電(dian)源以(yi)節(jie)省(sheng)功(gong)耗(hao)，同時(shi)(shi)要(yao)重點關注模(mo)(mo)擬(ni)IO口，模(mo)(mo)擬(ni)功(gong)能(neng)一般是耗(hao)電(dian)大戶，在(zai)(zai)(zai)AD／DA功(gong)能(neng)不(bu)使(shi)用的(de)(de)時(shi)(shi)候盡快關閉，減小使(shi)用模(mo)(mo)擬(ni)功(gong)能(neng)的(de)(de)時(shi)(shi)間。此外，芯片內(nei)部(bu)SRAM由(you)于需(xu)要(yao)不(bu)停的(de)(de)刷(shua)新(xin)，在(zai)(zai)(zai)睡眠模(mo)(mo)式下(xia)也需(xu)要(yao)消(xiao)耗(hao)一定的(de)(de)電(dian)流，可以(yi)配置部(bu)分SRAM在(zai)(zai)(zai)睡眠模(mo)(mo)式下(xia)保持刷(shua)新(xin)降低功(gong)耗(hao)。

對于(yu)包含有無線功能的(de)(de)芯(xin)片，配置(zhi)合理的(de)(de)待機參數以降(jiang)低功耗。如(ru)比對于(yu)BLE芯(xin)片CSR1010，在(zai)進(jin)行BLE的(de)(de)廣(guang)播(bo)模式下，60ms的(de)(de)廣(guang)播(bo)間隔的(de)(de)待機電(dian)流時(shi)394A，如(ru)果將廣(guang)播(bo)時(shi)間增(zeng)大(da)到1．28S，則待機電(dian)流降(jiang)低到28A。對于(yu)wifi芯(xin)片，比如(ru)高通QCA4004芯(xin)片，在(zai)DTIM1情(qing)況下對應功耗是1．5mA，在(zai)DTIM10情(qing)況下則降(jiang)低到334A。

嵌入(ru)式系(xi)統低功耗(hao)需要(yao)綜合考慮各種可能(neng)的(de)(de)(de)(de)因素、條件和(he)狀態，需要(yao)對(dui)各種細節(jie)(jie)進行認真(zhen)的(de)(de)(de)(de)斟酌(zhuo)和(he)分(fen)析(xi)(xi)，需要(yao)對(dui)各種可能(neng)的(de)(de)(de)(de)方案(an)和(he)方法(fa)進行計算和(he)分(fen)析(xi)(xi)，盡大的(de)(de)(de)(de)努力優(you)化整(zheng)個系(xi)統的(de)(de)(de)(de)功耗(hao)，達到(dao)節(jie)(jie)省(sheng)電能(neng)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。