基于 CANopen总线的嵌入式数控系统主站设计

一、背景意义
GRBL 对总线式嵌入式数控系统进行了研究，引入拐角圆弧过渡、动态速度前瞻等轨迹规划算法优化加工路径。基于 CANopen 总线的嵌入式数控系统能够精确的跟踪加工轨迹，且相比于传统脉冲控制方式，接线数量减少了 50%，有效提高了嵌入式数控系统的加工效率和可靠性。
二、原理理论嵌入式数控主站通过串口接收上位机发送的G 代码或读取保存在 U 盘内的 G 代码文件，然后按照标准的 G 代码语法进行解析，得到直线或圆弧等轨迹命令，并通过一系列轨迹规划算法优化加工路径，最后通过 CANopen 通信协议实现对步进或伺服电机驱动器的控制，使其能够应用在对精度、速度要求较高且成本敏感的小型数控设备上。


三、试验系统与条件嵌入式数控系统主站在 STM32F407igt6 运动控制开发板上进行了测试，上位机采用 LaserGRBL软件生成 G 代码，数控主板通过 CANopen 总线连接两个闭环步进电机驱动器构成了 XY 两轴运动平台. 通过向数控主板发送 G 代码，并每个插补周期通过串口打印出各个轴的规划位置与实际反馈位置。


四、实验结果与分析
从实验结果可知，实际位置与规划位置完全重合，说明 CANopen 总线的嵌入式数控系统能够精确地跟踪加工轨迹。且相较于传统脉冲控制方案，数控主板与每台电机驱动器的接线数量由4根降至2根。
五、结论
针对目前小型数控系统成本敏感，接线复杂，稳定性较差等问题，设计了基于 CANopen 总线的嵌入式数控系统主站，并分别从软件架构、轨迹规划算法和 CANopen 通信实现等方面进行了详细的阐述，最后通过硬件测试证明了方案的有效性，该方案可应用在 3D 打印机，CNC 雕刻机、机器人等设备上，以提高生产效率、精度和可靠性。

参考文献：

[1]孙振浩,陈为.基于CANopen总线的嵌入式数控系统主站设计[J].电子设计工程,2024,32(19):71-75.

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