基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告課題名稱：基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：劉凱學(xué) 號(hào)：學(xué) 院：機(jī)械電氣工程學(xué)院專業(yè)年級(jí)：10電氣（2）班指導(dǎo)教師：李江全職 稱：教授完成日期：2014年3月-6月一、本課題來(lái)源及研究的目的和意義1、課題來(lái)源石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院2、本課題研究的目的和意義現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)最底層的一種總線型拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)，是用作現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的、直接與所有受控節(jié)點(diǎn)串行相連的通信網(wǎng)絡(luò)。受控設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)所處的環(huán)境可能很特殊，對(duì)信號(hào)的干擾往往是多方面的，這就要求控制必須是實(shí)時(shí)性很強(qiáng)。在20世紀(jì)80年代初，工程人員開(kāi)始討論現(xiàn)有的總線系統(tǒng)運(yùn)用于轎

2、車的可能性。1986年2月在SAE大會(huì)上，博世公司提出了CAN，稱為“Automotive SerialController Area Network”。今天幾乎每一輛在歐洲誕生的新轎車都至少裝配有一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。CAN也應(yīng)用在從火車到輪船等其他類型的運(yùn)輸工具上，以及工業(yè)控制方面 。僅1999年，就有近六千萬(wàn)個(gè)CAN控制器投入使用，2000年這個(gè)數(shù)字達(dá)到一億。由于CAN總線具有多主方式工作、非破壞總線仲裁、直接通訊距離遠(yuǎn)、通信介質(zhì)靈活、性價(jià)比高等特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而擴(kuò)展到了機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、家用電器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN已經(jīng)形成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，

3、并已被公認(rèn)為集中最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。對(duì)于CAN總線的開(kāi)發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。二、本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析1、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在上個(gè)世紀(jì)70年代,隨著計(jì)算機(jī)微電子技術(shù)的發(fā)展,控制儀器也得到了性能和結(jié)構(gòu)的改變,一些智能設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)的地位越來(lái)越重要,計(jì)算機(jī)與儀器設(shè)備間的界限越來(lái)越模糊2。在溫度控制方面的系統(tǒng)很多是基于Rs485總線實(shí)現(xiàn)的,在RS485系統(tǒng)中,最多可以掛載30多個(gè)節(jié)點(diǎn),有著價(jià)格低廉,維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn),但是RS485總線是通過(guò)循環(huán)地址查詢,掛載的節(jié)點(diǎn)越多效率越低,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的總線地址是確定不變的,不利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的冗余,主節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的功能"另外I

4、ZC總線也廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域,它雖然有著接線簡(jiǎn)單,可以掛載多個(gè)器件的優(yōu)點(diǎn),但是軟件實(shí)現(xiàn)上相對(duì)復(fù)雜,且傳輸速度較慢3?，F(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)通信的數(shù)字通信系統(tǒng)。它是在80年代后期發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制技術(shù),它綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段,從根本上突破了傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的模擬信號(hào)或數(shù)字模擬信號(hào)控制的局限性,構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多節(jié)點(diǎn)的通信與控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)是智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,分散在各個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連為一體,并與控制室中的監(jiān)控設(shè)備一起共同構(gòu)成FCS。FC

5、S通過(guò)遵循一定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),可以將不同廠商的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品集成在同一套FCS中,具有互換性和互操作性。FCS把傳統(tǒng)DCS的控制功能進(jìn)一步下放到現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備,由現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算和數(shù)據(jù)輸出等功能?，F(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的數(shù)據(jù),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳到控制室的監(jiān)控設(shè)備上"控制室的監(jiān)控設(shè)備用來(lái)監(jiān)視各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),保存各現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備上傳的數(shù)據(jù),同時(shí)完成一定的控制功能"因此FCS更好地體現(xiàn)了“信息集中,控制分散”的概念。而且FCS連線簡(jiǎn)單,將大大降低安裝和連線的費(fèi)用,現(xiàn)場(chǎng)裝置的智能化將增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能,減少一半甚至一半以上的FO設(shè)備,并提供更多的信息流動(dòng)。由于結(jié)構(gòu)上的改

6、變,FCS比DCS節(jié)約硬件設(shè)備。同時(shí)減少大量電纜,使施工、調(diào)試大大簡(jiǎn)化46。目前自動(dòng)控制中的溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的研究重點(diǎn)集中在遠(yuǎn)距離傳輸和檢測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性上。通常該系統(tǒng)主要采用的是用模擬溫度傳感器，通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再轉(zhuǎn)換為 RS485通信。測(cè)控系統(tǒng)主要借助于PC提供的 RS232 串行口。與 RS-485 之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制。這種方式雖然很成熟。但主要存在兩大缺點(diǎn)。一是 A/D轉(zhuǎn)換成本高，電路較為復(fù)雜，穩(wěn)定性差。二是 RS485通信距離短，一般不加中繼通信距離小于 1 200m，同時(shí) RS485 抗強(qiáng)干擾能力差，當(dāng)某一通信節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)不能自動(dòng)脫離，從而使整個(gè)系

7、統(tǒng)癱瘓。嚴(yán)重影響了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。為了提高自動(dòng)控制系統(tǒng)中通信的可靠性。近年來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)總線取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)FCS 也是未來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)。FCS 不需要一個(gè)中央控制單元來(lái)集中控制和操作，而是通過(guò)智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來(lái)完成控制和通信任務(wù)?？奢^好地解決實(shí)時(shí)控制和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)通信。另外新一代的數(shù)字溫度傳感器，可直接將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號(hào)供計(jì)算機(jī)處理，使檢測(cè)穩(wěn)定性大為提高。因此，把現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，單片機(jī)控制技術(shù)和數(shù)字化溫度傳感器結(jié)合起來(lái)，就可以克服目前溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高可靠性的數(shù)字化溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。7國(guó)外研究現(xiàn)狀1986年德國(guó)Bosch公司為解決汽車的監(jiān)測(cè)和控制而設(shè)計(jì)了

8、 CAN,CAN (Controller AreaNetwork)是一種串行網(wǎng)路,基于其高可靠性、支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制等適合工業(yè)控制的特點(diǎn),隨后逐步發(fā)展到其他工業(yè)控制領(lǐng)域。CAN總線經(jīng)過(guò)上世紀(jì)90年代的高速發(fā)展,并制定了 CAN技術(shù)規(guī)范(CAN 2.0)和ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(IS)。據(jù)上世紀(jì)90年代初成立的國(guó)際CAN用戶和制造商非營(yíng)利組織CiA(CAN in Automation)統(tǒng)計(jì):在1998年CAN節(jié)點(diǎn)銷售量多達(dá)9700萬(wàn)個(gè),其中80%安裝于歐洲,且80%的CAN節(jié)點(diǎn)應(yīng)用于汽車工業(yè),剩下20%則應(yīng)用于嵌入式網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)控制系統(tǒng),如工業(yè)控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)等。值得注意的是在歐洲

9、高能物理項(xiàng)目CERN中也采用了CAN總線。810進(jìn)入21世紀(jì),CAN總線技術(shù)得到高速發(fā)展,在廣泛應(yīng)用于汽車應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí),逐漸應(yīng)用于其他新領(lǐng)域,如:醫(yī)療器械、航空航天、航海、自動(dòng)化控制和軍事國(guó)防等眾多領(lǐng)域。CAN總線被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。隨著我過(guò)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,科技創(chuàng)新的突飛猛進(jìn),CAN總線作為我國(guó)新興的科學(xué)技術(shù)手段,將會(huì)在我國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等眾多領(lǐng)域發(fā)揮出巨大的作用和潛力,為推動(dòng)我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。11眾多國(guó)際知名汽車公司早在20世紀(jì)80年代就積極致力于汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究及應(yīng)用。早期的汽車網(wǎng)絡(luò)只不過(guò)是 2 個(gè)處理器之間的UART 連接。這種串行連接使 2 個(gè)控制器

10、之間能容易地共享信息，但這樣的網(wǎng)絡(luò)卻無(wú)法簡(jiǎn)單地增加節(jié)點(diǎn)。北美汽車制造商和汽車工程師協(xié)會(huì) SAE（Society of Automotive Engineers）開(kāi)發(fā)了 J1850，這是一個(gè)汽車網(wǎng)絡(luò)的專用規(guī)程。J1850 很快就成了車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，并取代了 UART 串行通訊。通用汽車公司和克萊斯勒汽車公司使用 10.4kb/s可變脈寬規(guī)程的相似版本,在單根線的總線上通訊。福特汽車公司采用速率更高的 41.6 kb/s PWM 型,在 2 條線的差分總線上通訊。歐洲汽車制造商支持控制器局域網(wǎng)絡(luò) CAN（Control Area Network）。CAN最早是德國(guó)博世公司開(kāi)發(fā)的，是一種最高數(shù)據(jù)速率

11、可達(dá)到 1Mb/s 的實(shí)時(shí)控制總線。其它的標(biāo)準(zhǔn)還有德國(guó)大眾的 ABUS、ISO 的 VAN、馬自達(dá)的 PALMNET 等。12三、對(duì)課題提出的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析1、對(duì)課題提出的任務(wù)要求1、研究如何測(cè)量溫度；2、研究如何將所得溫度信號(hào)送入單片機(jī)；3、研究如何將溫度信號(hào)由單片機(jī)送入PC機(jī)并顯示；4、研究如何實(shí)現(xiàn)將所得溫度與所需溫度對(duì)比并調(diào)節(jié)。2、實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析1）技術(shù)可行性本課題所涉及的研究目標(biāo)，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有成熟的理論基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。對(duì)于can總線所涉及到的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行細(xì)致的分析，絕大部分使用計(jì)算機(jī)與所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行構(gòu)建，其他的部分則可以通過(guò)自學(xué)，老師的指導(dǎo)來(lái)完成。2）

12、操作可行性本課題要求對(duì)于can總線有比較細(xì)致的了解，能夠通過(guò)對(duì)所查文獻(xiàn)和專業(yè)知識(shí)的自主研究與學(xué)習(xí)。利用實(shí)驗(yàn)室提供的現(xiàn)有儀器和設(shè)備來(lái)搭建，從可操作性的角度來(lái)講，完全可行。四、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路1、重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題（1）CAN控制器SJA1000和AT89C51單片機(jī)結(jié)合設(shè)計(jì)的通信。（2）單片機(jī)與微控制器的通信。（3）如何實(shí)現(xiàn)can總線對(duì)溫度數(shù)據(jù)的采集和執(zhí)行控制。2、解決的思路（1）CANRS232的轉(zhuǎn)化這部分，主要有兩部分的通信，一個(gè)是SJA1000和節(jié)點(diǎn)的通信，另外就是串口的通信，按照CAN總線幀的格式和節(jié)點(diǎn)定好協(xié)議，再約定好串口數(shù)據(jù)傳送的協(xié)議。凡是涉及通信的，

13、用戶都可以按照自己所需要的定義通信協(xié)議，數(shù)據(jù)傳送才能正確有序的傳送。（2） CAN 總線節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括三大部分：CAN節(jié)點(diǎn)初始化、報(bào)文發(fā)送和報(bào)文接收。熟悉這三部分程序的設(shè)計(jì)就能編寫出利用CAN總線進(jìn)行通信的一般應(yīng)用程序，當(dāng)然要將CAN總線應(yīng)用于通信任務(wù)比較復(fù)雜的系統(tǒng)中還需詳細(xì)了解有關(guān)CAN總線錯(cuò)誤處理總線脫離處理接收濾波處理波特率參數(shù)設(shè)置和自動(dòng)檢測(cè)以及CAN總線通信距離和節(jié)點(diǎn)數(shù)的計(jì)算等方面的內(nèi)容。五、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法1、完成本課題所必須的工作條件（1）計(jì)算機(jī)一臺(tái)，單機(jī)單用，保證程序的安全有效。（2）Visual Basic編程軟件。（3）SJA1000的CAN控制

14、器。（4）AT89C51單片機(jī)。（5）DS18B20溫度傳感器。（6）RS232標(biāo)準(zhǔn)的電平。（7）相關(guān)的書籍和學(xué)習(xí)資料。（8）能夠保證一天不少于6個(gè)小時(shí)的工作環(huán)境。2、解決的辦法（1）使用電子實(shí)驗(yàn)室個(gè)人計(jì)算機(jī)一臺(tái)。（2） 使用實(shí)驗(yàn)室的SJA1000的CAN控制器、AT89C51單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器、RS232標(biāo)準(zhǔn)的電平。（3）通過(guò)個(gè)人購(gòu)買，網(wǎng)絡(luò)搜索，和大學(xué)圖書館和學(xué)院資料室借閱解決。（4）電子實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放時(shí)間足以保證時(shí)間要求。(如工具書、實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)環(huán)境條件、某類市場(chǎng)調(diào)研、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)條件等等)六、完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃1、完成本課題的工作方案為完成本課題的基本任務(wù)要求

15、，擬定工作方案如下：（1） 確定畢業(yè)設(shè)計(jì)題目之后，首先從個(gè)人圖書、學(xué)院資料室、大學(xué)圖書館，因特網(wǎng)上搜集相關(guān)的文獻(xiàn)和技術(shù)文檔，以及可能涉及到的軟件程序，搜集開(kāi)發(fā)平臺(tái)所需要的插件，幫助文檔等。（2）閱讀搜集到的文檔，熟悉課題所涉及到的知識(shí)和開(kāi)發(fā)工具。查漏補(bǔ)缺，繼續(xù)完善文獻(xiàn)和技術(shù)文檔。（3）對(duì)于課題進(jìn)行功能分解，抽取其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，劃定功能模塊。（4）嘗試編寫功能模塊，堅(jiān)持完成一塊，調(diào)試一塊，解決一塊的原則。（5）進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，安裝和部署項(xiàng)目。（6）在各階段中，做好相關(guān)的文檔；在調(diào)試結(jié)束后進(jìn)行文檔的整理與匯總，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)文檔的撰寫，并做好演示課件，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。2、完成本課題的進(jìn)度計(jì)劃（以周為單位）

16、（1）第1-3周：了解課題，文獻(xiàn)檢索（期刊、大學(xué)圖書館網(wǎng)站期刊檢索、各專業(yè)網(wǎng)站），撰寫開(kāi)題報(bào)告（2）第4-5周：熟悉vb軟件、單片機(jī)與can總線協(xié)議程序設(shè)計(jì)部分 （3）第6-7周：開(kāi)發(fā)can總線溫度檢測(cè)程序，與pc的通訊程序 （4）第8-9周：開(kāi)發(fā)pc端溫度顯示，協(xié)調(diào)各硬件功能，編寫溫度控制程序（5）第10-11周：調(diào)試程序、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書（6）第12周：修改設(shè)計(jì)說(shuō)明書、準(zhǔn)備答辯總計(jì)12周（自2010年3月1日起）七、主要參考文獻(xiàn)（不少于15篇）1 戴明基于CAN總線的溫度監(jiān)控系統(tǒng)D南京理工大學(xué).2006.11.2王再英,劉淮霞,陳毅靜.過(guò)程控制與儀表M.機(jī)械工業(yè)出版社,2006.3張毅. 基

17、于CAN總線的溫度控制系統(tǒng)研究D.南京理工大學(xué).2010.64李正軍.現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù)7M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.5徐愛(ài)鈞.智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì)M.北京航空航天大學(xué)出版社2004.6師武旗,孫俊濤.一種can總線智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)閉.電子產(chǎn)品世界,2005(10):96一97.7 余濟(jì)臨基于 CAN 總線的數(shù)字化溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)J電子技術(shù).2004 年第 8 期.8趙建東.CAN總線工業(yè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.機(jī)器人,2007年9史久根.CAN數(shù)據(jù)傳送實(shí)時(shí)性研究及其應(yīng)用J.信息與控制,2005年10吳立松.CAN總線智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)D.哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文,2009

18、年11唐金海. CAN總線分析及應(yīng)用編程D.內(nèi)蒙古大學(xué).2013.512童衛(wèi)東. CAN 總線技術(shù)在汽車中的應(yīng)用研究D.東南大學(xué)。2005.713 楊小強(qiáng), 高亞明, 金美華, 韓 軍基于 CAN 總線的分散式高精度溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J電力自動(dòng)化設(shè)備.第26卷第3期.14 羅文俊，趙振華基于can總線的溫度監(jiān)控系統(tǒng)J. 15 閆智武，李興紅一種基于 CAN 總線的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.2010.08:11.13.16 郝鳳濤基于Can總線主從式溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J微計(jì)算機(jī)信息2011 年第 27 卷第6期.說(shuō)明：一、學(xué)生撰寫開(kāi)題報(bào)告應(yīng)包含的內(nèi)容：1、本課題來(lái)源及研究的目的和意義。2、本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀及分析。3、對(duì)課題提出的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析。4、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題及解