KONTROL ALAN AGLARI (CAN) KULLANILARAK STEP MOTOR KONTROL UYGULAMASI

SAU Fen Bilimleri Enst1tDsü Dergisi 7.Cilt, 2.Sayı (Temmuz 2003)

Kontrol Alan Ağlan (CAN) KullanalarakStep l\1otor Kontrol Uygulamasa A.Karaca, H.Ekiz,

A.T.Özcerit

KONTROL

_{ALAN A}

G

_L

A

_RI

(CAN) KULLANIL

_ARA

K

_{STEP MOTOR}

KONTROL UYGULAMASI

• •• •

Ahmet

KARACA, Hüseyin EKIZ, A. Turan OZCERIT

••

Ozet

- Kontrol 21Ian ağ1(Controller Area

Network-CAN)., başlangıçta arabalarda bulunan elektronik sistemlerio birbirleri ile haberleşmesini sağlamak anıacıyla geliştirilrrıesine rağmen lusa sürede çok farklı alanlarda kullanlln1aya başlamıştır.

Bu

çalişınada 8051 t-abanh ve üzerinde CAN kontrolör bulunan 89C51CC01 entegresi tanıtılnıaktn ve CAN protokolü kullanılaral< ağ içerisinde haberleşınenin gerçekleştirihnesi anlatılmakta CAN protokolünün kullanımına örnek olnıası aınacıyla, 89CS1CC01 entegresi kullanıhıırak oluştuı .. ulan CAN düğümleri ile ayrı nol{talarda bulunan iki step nıotorun kontrolünü yapan bir sistemin tasarımı ve gerçeldenme si detaylan dırılınaktadır.

Anahtar Kelinıeler

- Controller Area Network, �likrodenetleyici, 8951

ccoı'

step motor kontrolü.

Abstract

- Although CAN (Controller Area Network) initially has been developed in order electronics system in cars to tomminicate each other, it has been used in many di verse applica tions w ith ashort period

of time.

In

this study, 8051 based the 89C51CC01 microcontroller vvhich has an on-chip controller, is introduced and the use of

CAN

protocol for the purpose of conununication in the network is described.

As

a case sıudy, the 89C51CC01 chip has

been wed to dcmonstrate the CAN protocol applications

in

order to control

İ\VO

step motors located at reosonable distance each other.

Key

words

- Controller Area Network,

Microcontroller, 8951.CC01, s tep motors control.

I.

CAN

PROTOKOLÜNÜN

GENEL

ÖZELLİKLERİ

Kontrol Alan

Ağlan

(Controller

Area

Network-CAN)

p

ro

t

o

ko

lü, bir araç

içerisinde

bulunan elektronik kontrol

birimleri arasındaki iletişimi sağlaınak üzere bir Alınan fırınası olan Robert Bosch GmbH t

a

r

a

f

ından tasarlaıınuş,

ilk olarak 1989

y

ı

l

ında otomotiv endüstrisinde (Mercedes Firmasında) kullarulmış, daha

A. Karaca, H. Ekiz, A. T.

Özcer1t; SAU

Teknik

Eğitim Fakültesi

som·ada bir otomotiv stan

d

ardı haline gelmiştir. Aynı

zanıanda

yüksek

hız, düşük maliyet ve yüksek başarım gibi

özelliklerinin

sağlad ığı a_vant

a

jl

a

r nedeniyle, çok

kısa

bir süre içerisinde endüstriyel ortamlarda kullanılan saha

kontrolü ağl

a

n arasında yerini alnnştır

[1 ].

CAN, birde

n

çok aktif düğümün (master) buibirine 'yol' topolojisi

ile

bağlandığı ve

çekişıneye

d a

y

a

l

ı (Contention­ Based) ortam e

ri

ş

i

m kontrol mekanizmasının

gerçeklendiği

bir protokoldür.

CAN seri bir iletişim protokolü olmasına karşılık, çoğu seri

haberleşme

protokol

ün

e benzeınez. Örnek ol

ar

ak, CAN

ç

erç

e

v

e

s

i

,

ç

oğu

seri iletişin1. protokollerinde

bu

l

unan hedef

ve

k aynak a

d

resler

i

ile ilg

i

l

i

herhangi bir bilgi içennez.

B11na

karşılık

mesaj

ç

er

ç

e_ves

i

,

mesajın

içerdiği bilgi tipini

(nıantıksal adres) ve mesajın

önceliğini

gösteren

bir

denetim

(

a

rbitrat

io

n

)

alanı

içerir.

Bu a

l

a

n sadece mesajı tanı

n

ıl

ama

k

ve

ö

ncel

i

ğ

i belirlemek için değil,

aym

zamanda ortam erişim kont rolü içind

e kullanılır [ 1]. Şekil

1

'de yapısı verilen

standart veri çerçevesindeki

alanlar aşağıda kısaca

açıklanınakt adır.

Çerçeve Başlangı cı (Start of Frame,

I

bit):

M

e

sajın başlangıcını belirtir ve

1 'bit

UZUlıluğa sahiptir

[2].

Denetim Alanı (Arbitration Field,

12

bit):

Denetim

alanı,

11

bit uzunluğundaki

t

amt

ıcı alam ve

1 bit

uzunluğundaki uzak iletim istek

(

R

emot

e

Transmission

Request, RTR) alam

olmak

üzere

iki

ayrı alt

alancicu1 oluşur. Tanıtıcı

alam

ınes ajın

ö

nce

li

ği

ve

mantıksal a

dr

esi

gibi iki fonksiyonu

içerir [2]. RTR alanı

ise, çerçevenin istek çerçevesi olduğunu gösternıek

anıacıyla

kullanılır.

Kontrol Alanı:

Altı

bit uzu

n

l

u

ğu

n

d

a

ki kontrol

alanının

ilk

biti; tanıtıcı

uzaııtı (Identifier Extension,

IDE)

b

i

ti

dir

. İlk bitin lo j

i

k

'O'

olm

a

sı, gönderilecek herhangi bir tanıtıcı b

i

t

i

_n

olmadığı

an

l

amına g

e

lir_. Kontrol al

anınd

aki

ikinc

i bit, (rO)

ayrılmış

bir

bittii ve kullanı

lmamakt

adır. Arkadan gel

e

n

dört bit

ise, veri

alanındaki

baytların

sayısııu gösteren veri uzunluk kodunu (Data Length Code, DLC)

i

ç

e

r

i

r

[2].

Veri Alanı: DLC değerine b

a

ğlı olarak sıfır ile sekiz b

a

yt

arasında değişen uzunluğa sahiptir

ve çerçeve ile

i

le

t

i

lıne

k

istenen bilgiyi/veriyi içerir.

SAU ren Bilimleri Enstitüsü Dergısi

7 Ci lt, 2.Sayı

(Temmuz 2003)

Kontrol Alan Ağlan (CAN)

Kullamlarak Step

Motor

Kontrol Uygulaması

A.Karaca,

H.Ekiz,

A.T.Özcerit

Denetım alanı 12 Bit

Kontrol Alanı

Veıi

Alanı _{CRC A1anı ACK EOF INT}

Hat Boş

1•

•

�

_... .... _,.. - --_{... ...} .... �

s R I

o ll Bit Tanıtıcı T D r DLC O- 8 Bayt 16 Bit CRC 2 7 Bit 3

f< R E

Şek

i 1 l. StandartCAN vcı i çerçevesi.

o

ACK Alanı:

ACK_ alanı, me

sa

j

ın al

ı

nı

p

a

lı

nm

a

dığ

ı

ve

herhangi

bir

hatanın sezibp

sezilmediği

ko

n

u

l

a

rın

da

vericinin bilgilcndirilmesine

İnıkan

tanır.

Çerçeve

Sonu

Alanı: Her

b

i

r veri

ve uzak çerçevesi,

m

e

s

a

jın sonunu bebrten ve b

i

rb

i

ri ardıııa sıralaunuş

y

e

d

i

adet '1 ' _se

v

i

y

e

l

i bit i

ç

eren bir

çerçeve

bit d

iz

i

s

i

ile

soniandırılır

[2].

II.

CAN

DÜGÜVILERİNİN FİZİKSEL

Y APlLARI

1200

�

PCA82C25l

�

T8Ycsı ccoı

CAN Mikrodenetle}�ci -trans i ver

...

--_�· ! PCA82C2S 1 _...-- T89C5JCC01 CAN M ikrodeııetleyici

f•

1Tansiver

r.

�

PCA82C251 --_{-· T89C51CCOI} CAN l\1 i krodenetleyici

•

trans i ver _. ... l'/\NL CANI-I 120Q

Şek

i ı 2. CAN düğümümlerinin fiziksel yapı ları.

CA�

düğü n1leri arasu1daki kablo bağlantısı CANH _ve

CA "JL

olarak

isiınlendirilen

]kj kablodan oluşur. İlk

ve

son

d

iiğü

m

_l

e

r

in

üzerinde

soniandırıcı

olarak

1200

değerinele bir

direnç, CANH

ve

CANL hatlan

arasına

bağlanır.

CAN

düğünıleri ü

ze

r

inde Philips firması

t

a

r

a

f

ından

üretilen PCi\82C251 CAN transiver ve

Atınel

firması

t

a

r

a

f

ınd

a

n

üretilen T89C51CC01 n1ikrodenetleyicisi bulurunaktadır. T89C'51 CCO 1 nıik

r

o

­

denet1eyicisi;

i

ç

in

d

e

CAN

k ontrolör

bulunan 8051 tabanlı

bir _{nıikrodenetleyicidir.}

III.

A'rMEL CAı�

KONTROLÖRİİN

Y APlSI

VE

J\tiESAJ ALMAJMESAJ G

ÖN

D

E

Rl\1E

İŞLEMLERİ

Atmel CAN

ko

ntrolör_,

BOSCH

GmbH

tarafn1dan tanımlanan CAN _s

_{eri haberleş n1c protokolünü}

147

Bit Bit

gerçekleştirmek

i

ç

i

n

istenen

bütün

özel

l

ikl

e

r

i sağlar [3].

CAN protoko]ü

için

tanımlanan iki adet ISO _s

t

an

d

a

r

dı

bulunmaktadır: ISO 11898 ve 11519 s

t

an

d

art

l

a

r

ı

.

ISO

11898 _stan

_d

_a

rdı

l

Mbit/s'ye kadar gerçek

zaman

kontrolüne izin veren yüksek

hızlı

u

y

g

u

l

amal_a

rd

a

kul1anılırken,

ISO

ı

1519 _sta

n

d

a

rd

t

üst

_sını

rı

125 Kbit/s

olan

düşü

k

hızlı

uygulan1a

l

ar

d

a kullanılır [ 1).

CAN

kon

tr

o

l

ö

r

CAN

protokolü

tara

f

ı

n

d

a

n desteklenen bütün

çerçeve tiplerini işieyebilir (veri çerçevesi, uzak çerçeve,

hata çerçevesi ve

a

şı

rı

yük

çe

r

ç

ev

e

s

i

)

ve 8MHz kristal

frekansında

1

Mbü/s

bit

h

ı_zı

n

d

a

bu

işlemi

gerçekleştirir

[3].

T .t.D·�· .. - ---- -- ... --- -- --- · 1 1 1 1 _Bıt Bit ....--1 Sıulfın9 n,.�;tııffing RxDt .. _--- Tımınq

L•.•gıf,. Coun1eı _{R�rlundaı�y} c, .. r.tic _{Check ,.._�}

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 t • 1 1

... ._... ---

-

-• • _qı? e _{_ :} CPR(hl c:ıılbı:'x + RE'I'.Jıs'i;..rs ı • "< 1;1 g ısı "'' • • 1

-- _ .,.. _ ...

₁ Prwr��· Enro�ı • 1 1 1 1 ır-- - _{- --- - - __}

_.

_{___}

_

_{___}

_

_{_ �} 1 1 1 1 • � (: r.•nlrı.•l

Şekil 3. Atmel CAN kontrolör blck diyagramı.

1 1

' ı ı

Ş

cki

1

3 'te b

l

o

k

şeınası

veriten Atınel CAN k

on

tro

l

ö

rd

e

,

birbirinden bağımsız

l 5

mesa

j

n

e

s

n

e

si

bulunur.

Bu 15

mesaj n

e_sn

es

ini

n her

biri n1esaj alma veya gönderırıe

işlenileri

i

ç

in ayrı ayrı programlanabilir.

I-ler

bir _mer.o·

�

n

es

n

e

sin

de

gönderilecek

mesajın

ya

z

ı

l

dı

ğ

ı veya alınan

n1esaj

ın

bulunduğu 8

baydık bir alan ile

birlikte alınması

i

st

e

n

e

n veya gön

d

er

i

l

e

c

e

k _mesa

j

_ın

t anıtıcı değerinin

y

az

ı

l

d

ı

ğ

ı bir

alan bulunur. Bu mesaj nesnelerinin

y

ö

net

i

mi sayfalama meto

d

u

ile

yapılır. CAN

kontrolöre

er

iş_im

SFR 'ler

(

öz

e

l fonksiyon kaydedicileri)

tarafından

sağlanır.

Başlıca SFR 'ler aşağıda sıralan-nıaktadır:

- CANPAGE: Mesaj

nesnelerinin

s

e

ç

ınu ıçın

kullanılır.

- _CANM

_{SG: A}

_l

_ınan

_{veya gönderil ecek}

_mesaj

_baytlar

halinde sırayla

bu

k

ay

d

e

dic

i

y

e

y

azı

l

ı

r

_.

- CANID'T1

-4:

�1esaj

tanıtıcı değeri bu

döıt

kaydediciye yazılır.

- _{CAN lE I}

_{-2: Mesaj nesnelerinin kesme}

_y

_etkil

_e

_ndiı

ı ne

SAU Fen Bilimleri

Enstitüsü

Dergısi 7.Cilt, 2.Sayt

(Temınuz 2003)

CANCONCH:

Seçilen n1esajın

göndeıme

veya alma

için

p

ro

g

r

aml_anmas_ını sağlar. Mesajın DLC değeri

de bu kaydedici iç erisine

y

azılar_a

k b

_el

i

r

l

_e

n

i

r_.

Gönderilen

bir

mesajı

aJmak i

ç

in

;

öncelikle 'CANPAGE'

kaydedicisinin içine

yazılan

değer ile

15

mes

a

j

nesnesinden biri seçilir. 'CA

NIE 1'

ve

'CANIE2'

kaydedicilerinden seç

i

le

n

n1esaj nes

ne

sinin kesmesi aktif

edili

r

_. Daha sonra 'CANIDT"

kaydedicilerine

alınaca

k.

olan mesajın tanıhcı

değeri

yazılarak alınac

ak olan n1esaj

belirlenir ve 'CANCONCH' kaydedicisine

'88h'

de

ğ

eri

y

azılarak seçili

mesaj n

esnesi ıçin alma iş

l

em

i

başlatılır.

Mesaj a

l

_ı

n

dığında oluşan kesme i1 e, kesme hizmet

programında '

C

A

N

MS

G

' kaydedicisinden gelen b

i

lgi

okunarak değerlendirilir.

Mesaj alma

işleminin yeniden

başlaması için

kesıne

hizmet

programının sonunda

'CAN CO

NCH'

kaydedicisine '88h' _de

ğ

eri

tekrar

yüklenir.

Mesaj gönderme işlemi alma

iş

lemi

n

e

göre daha basittir.

Yine 'CANPAGE' kaydedicisinin içine yazılan değer ile

15

mesaj nesnesinden biri

se

ç

il

ir. 4CANTE1 _� ve

'CANIE2' kaydedicilerinden

seçilen

mesaj

nesnesin

i

n

kesmesi aktif edilir. Daha sonra

'CANMSG'

kaydedicis

i

ne g

ö

n

d

erilınek istenen veri, 'CANIDT'

kaydedicilerine nıesa

j

tanıtıcı değeri

ve 'CANCONCll'

kaydedicisine

'48h'

d

eğeri yazılarak nıesaj gönderilir.

IV. STEF•l\tfOTOR UYGULAMASI

Tasarlanan

sistemde, ınerkezi

b

i

r

noktadan

iki

ayrı

step

motorun

hız _{ve start/stop kontrolü y}

_a

p

ılmaktadır_.

Birinci

düğüm i

k

inc

i

ve üç

ü

nc

ü düğümle-re

gönderdiği bilgiler ile

düğümlere bağlı olan step

rootortann

kontrolünü

gerçekleştirmektedir (Şekil

4

)

. Düğümlere g

ö

nder

i

lece

k

bilgiler kontrol butonları ile

ı ..

CAN

K

Kontrol

�

düğümü

_{(ı )}

butonları

�

CAN _.. Step n1otor

t.

Step

düğümü

sürücü '

tJ

�

₍₂₎

J j

devresi , motor

f+-

CAN _.. Step motor _l

_Step

düğümü

süri.icü

p

�

₍₃₎

,

devresi , motor

CANL CANH

Şekil 4.

Step

motor kontroluygu1amast blok diyagramı.

148

Kontrol Alan Ağiara (CAN) Kullanılarak

Step

Motor

KontrolUygulamasa A.Karaca, H.Ekiz,

A.T.Öuerit

be 1 irlerunektedir. B u

sistemde

bulunan

butonlar

ve

görevleri aşağıdaki

ş

e

ki

lde

ö

zetle

n

ebi

l

ir_.

Yavaş butonu

(Olh):

Seçilen

_motorun yavaş

hızda

dömnesini sa

ğ

l

ar.

Orta butonu ( 02h):

Seçilen motonın orta

hızda

dönmesini

sa

ğ

lar_.

Hızlı butonu (03h): Seçilen motorun

h

ı

z

lı dönmesini

sağlar.

Stop butonu

(OOb):

Seçilen motorun durmasını

sa

ğ

lar_.

Motor scçin1 anahtarı: Yukarıdaki işlemlerin hangi

ınotora uygulanacağını seçer.

- _{Kapat b}utonu

(OOh):

fi

e

r

iki

motorunda

d

urma

sını

sağlar.

Butonların yanın

d

a

yazan

rakamlar

işlemin

gerçekleştirilmesi

i

çin düğümlere gönderilecek olan

say

ı

l

ard

ı

r_. Düğümler mesajı

aldıklannda mesa

j

da

g

ö

nderilen sayının değeı·ini

k

ontr

o

l ederek

moto

run

Cı\N kontrolörü başlat CANMSG=OOh Il CANMSG=Olh H CANMSG=02h H

ı

CANMSG=OJh

ı

• C ANMSG=OOh CANIDT=0200h H

Mesajı

gön

d

er CANMSG=OOh CJ\NIDT-0200h Mesajı gönder E CANIDT=0200h Mesajı gönder CANIDT-0201 h Mesaj1 gönder

SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi

7.Cilt, 2

Sayı (Temmuz 2003)

istenilen hızd

a

dönmesini yada dun1ıası işlerrlini

gerçekleştirirler.

Tasarlanan s

i

s

te

ı

n

d

e bulunan ikinci düğüm

'0200h'

t

an

ı

t

ı

c

ı değere sahip mesajlan üçüncü düğüm

'0201h'

tanıtıcı

değere sahip n1esajlan alarak değerlendirir. Tasarlanan sistenun

çalışınası için

yüklenmesi gereken progranun akış şe

ması

Ş

e

kil

5 'tc

veıiiınektedir.

Şekil

4

'de blok şen1ası verilen devrede bu lunan birinci

düğün1deki nıikrodenetleyici,

butonların

kon

u

n1un

u

sürekli olarak kontrol eder. Basılı bir buton tespit

ettiğinde, butona karşılık gelen, sayıyı

'CANMSG'

kaydedicisine yükler.

Birincj

düğümdeki mikro

­

denetleyici

ikinci işlem

olarak ınotor seçim anahtarının

k

onum

u

nu kontrol eder ve

anahtar kapalı

ise

'0200h'

değerü1i, anahtar açık ise

'020 l h'

değerini 'CANIDT'

k

a

y

d

ed

icile

r

in

e

yükler _ve 'CANMSG' kaydedi

c

i_si

içerisindeki bilgiyi

CA:N yoluna yerleştirir.

İki mo

t

o

runda

durmasını

s

ağlay

an kapat butonu

düğüm] ere

'OOh'

değerini göndererek

motorların dunnasını

sağlar (Şekil

5 ).

İkinci ve üçüncü düğünllerde, birinci düğün1den ge

I

en

bir

mesaj alındığında, kesnıe

oluşur

ve kesıne

hizmet

programı

devreye girer. Kesme hizmet progrann

içerjsjnde birinci düğünıden gelen veri

'CAN1v1SG'

kaydedicisinden okunarak

hız

değişkeninin içi

ne yazılır.

Ana

p

ro

g

ramda

hız

değişk

e

nin

i

n aldığı değer sürekli

kontrol edilerek motorun istenilen hızda dönmesi

sağlanır

(Şekil

6).

Başla

)

0200h nolu

1nesajı

almak için CAN kontrolörü başlat .. H Motoru bir adım döndü!· 50msn bekle. Motoru bir

ad1m döndür.

25msn bekle. Motoru bir adım döndür. lOmsn bekle

�ekı

1 6 Motorların bulunduğu

düğümlerde

kullan ı la ı; programın akış

di yagı·amı.

149

Kontrol Alan Ağlan (CAN) Kullamlarak Step Motor Kontrol Uygulaması

,

_.

A.Karaca, H.Ekiz. A.T.Ozcerit

V.

SONUÇLAR

CAN iletişim protokolü o

t

omobi

ll

e

r

d

e

ve endüstride yüksek hız ve

g

üvenli

k

gerek

t

iren uygul

a

malarda

kullanılmaktadır.

Y

ap

ıla

n çalışmada T89C51 CCO

1

n1İkrodenetleyicisi ile

CAN

protokolü ile haberleşme

gerçekleştirilmiş ve

step ınotor kontrol uygulaması

yap1lınıştır. Başlangıçta

yalnızca ar

a

balard

a

ki elektronik

sisten11erinin

kontrolü jçin tasarlanan CAN protokolünün çok

f

arkl

ı uygulaına

alanlarında k--ullanımına, step motor

iyi

bir

örnek

olarak g

ö

rü

lmek tedi

r.

CAN protokolünün

özellikle

e

ndü

s

triyel

saha

alan ağlarında etkin ve yaygın kullanıma

sahip olacağı

açık bir

gerçek

olarak görülmektedir.

KAYNAI�AR

[1] TUNCEL,

S

in

a

n, "Denetleyici

Alan Ağı

Endustriyel

İ

l

et işim Protokolünün Eğitim Amaç

b

Benzetimi",

Doktora Tezi,

SAÜ

Pen

Bilimleri Enstitüsü,

2002

[2]

ÖZÇELİK,

İbrahim,

"CAN/ATM

ve

PROFIBUS/ATM

Yerel Köprülerinin Tasarımı", Doktora Tezi,

SAÜ Fen

B

il

i

mler

i

Enstitüsü,

2002