基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng)設計開題報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上石河子大學機械電氣工程學院畢業(yè)設計開題報告課題名稱：基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng)設計學生姓名：劉凱學 號：學 院：機械電氣工程學院專業(yè)年級：10電氣（2）班指導教師：李江全職 稱：教授完成日期：2014年3月-6月一、本課題來源及研究的目的和意義1、課題來源石河子大學機械電氣工程學院2、本課題研究的目的和意義現(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)最底層的一種總線型拓撲的網(wǎng)絡，是用作現(xiàn)場控制系統(tǒng)的、直接與所有受控節(jié)點串行相連的通信網(wǎng)絡。受控設備和網(wǎng)絡所處的環(huán)境可能很特殊，對信號的干擾往往是多方面的，這就要求控制必須是實時性很強。在20世紀80年代初，工程人員開始討論現(xiàn)有的總線系統(tǒng)運用于轎

2、車的可能性。1986年2月在SAE大會上，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CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)。CAN也應用在從火車到輪船等其他類型的運輸工具上，以及工業(yè)控制方面 。僅1999年，就有近六千萬個CAN控制器投入使用，2000年這個數(shù)字達到一億。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、通信介質(zhì)靈活、性價比高等特點，其應用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而擴展到了機械工業(yè)、紡織機械、農(nóng)業(yè)機械、機器人、數(shù)控機床、家用電器等領域發(fā)展。CAN已經(jīng)形成了國際標準，

3、并已被公認為集中最有前途的現(xiàn)場總線之一。對于CAN總線的開發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義。二、本課題所涉及的問題在國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析1、國內(nèi)研究現(xiàn)狀在上個世紀70年代,隨著計算機微電子技術的發(fā)展,控制儀器也得到了性能和結構的改變,一些智能設備在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)的地位越來越重要,計算機與儀器設備間的界限越來越模糊2。在溫度控制方面的系統(tǒng)很多是基于Rs485總線實現(xiàn)的,在RS485系統(tǒng)中,最多可以掛載30多個節(jié)點,有著價格低廉,維護方便的優(yōu)點,但是RS485總線是通過循環(huán)地址查詢,掛載的節(jié)點越多效率越低,每個節(jié)點的總線地址是確定不變的,不利于實現(xiàn)系統(tǒng)的冗余,主節(jié)點的錯誤會影響到整個系統(tǒng)的功能"另外I

4、ZC總線也廣泛應用于工控領域,它雖然有著接線簡單,可以掛載多個器件的優(yōu)點,但是軟件實現(xiàn)上相對復雜,且傳輸速度較慢3?，F(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點通信的數(shù)字通信系統(tǒng)。它是在80年代后期發(fā)展起來的一種先進的現(xiàn)場工業(yè)控制技術,它綜合了數(shù)字通信技術、計算機技術、自動控制技術、網(wǎng)絡技術和智能儀表等多種技術手段,從根本上突破了傳統(tǒng)的點對點式的模擬信號或數(shù)字模擬信號控制的局限性,構成一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多節(jié)點的通信與控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線的基礎是智能現(xiàn)場設備,分散在各個工業(yè)現(xiàn)場的智能設備通過現(xiàn)場總線連為一體,并與控制室中的監(jiān)控設備一起共同構成FCS。FC

5、S通過遵循一定的國際標準,可以將不同廠商的現(xiàn)場總線產(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的控制功能進一步下放到現(xiàn)場智能設備,由現(xiàn)場智能設備完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運算和數(shù)據(jù)輸出等功能?，F(xiàn)場智能設備的數(shù)據(jù),通過現(xiàn)場總線傳到控制室的監(jiān)控設備上"控制室的監(jiān)控設備用來監(jiān)視各個現(xiàn)場設備的運行狀態(tài),保存各現(xiàn)場智能設備上傳的數(shù)據(jù),同時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連線簡單,將大大降低安裝和連線的費用,現(xiàn)場裝置的智能化將增強現(xiàn)場設備的功能,減少一半甚至一半以上的FO設備,并提供更多的信息流動。由于結構上的改

6、變,FCS比DCS節(jié)約硬件設備。同時減少大量電纜,使施工、調(diào)試大大簡化46。目前自動控制中的溫度測控網(wǎng)絡的研究重點集中在遠距離傳輸和檢測數(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 A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再轉(zhuǎn)換為 RS485通信。測控系統(tǒng)主要借助于PC提供的 RS232 串行口。與 RS-485 之間進行轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)溫度測控網(wǎng)絡系統(tǒng)的控制。這種方式雖然很成熟。但主要存在兩大缺點。一是 A/D轉(zhuǎn)換成本高，電路較為復雜，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 RS485 抗強干擾能力差，當某一通信節(jié)點出現(xiàn)故障時不能自動脫離，從而使整個系

7、統(tǒng)癱瘓。嚴重影響了整個系統(tǒng)的可靠性。為了提高自動控制系統(tǒng)中通信的可靠性。近年來，現(xiàn)場總線取得了長足的發(fā)展?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS 也是未來控制網(wǎng)絡化的基礎。FCS 不需要一個中央控制單元來集中控制和操作，而是通過智能現(xiàn)場設備來完成控制和通信任務?？奢^好地解決實時控制和現(xiàn)場信號的網(wǎng)絡通信。另外新一代的數(shù)字溫度傳感器，可直接將溫度信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號供計算機處理，使檢測穩(wěn)定性大為提高。因此，把現(xiàn)場總線技術，單片機控制技術和數(shù)字化溫度傳感器結合起來，就可以克服目前溫度測控網(wǎng)絡系統(tǒng)中存在的缺點，實現(xiàn)高可靠性的數(shù)字化溫度測控網(wǎng)絡系統(tǒng)。7國外研究現(xiàn)狀1986年德國Bosch公司為解決汽車的監(jiān)測和控制而設計了

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時控制等適合工業(yè)控制的特點,隨后逐步發(fā)展到其他工業(yè)控制領域。CAN總線經(jīng)過上世紀90年代的高速發(fā)展,并制定了 CAN技術規(guī)范(CAN 2.0)和ISO國際標準(IS)。據(jù)上世紀90年代初成立的國際CAN用戶和制造商非營利組織CiA(CAN in Automation)統(tǒng)計:在1998年CAN節(jié)點銷售量多達9700萬個,其中80%安裝于歐洲,且80%的CAN節(jié)點應用于汽車工業(yè),剩下20%則應用于嵌入式網(wǎng)絡和工業(yè)控制系統(tǒng),如工業(yè)控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、機器人控制系統(tǒng)等。值得注意的是在歐洲

9、高能物理項目CERN中也采用了CAN總線。810進入21世紀,CAN總線技術得到高速發(fā)展,在廣泛應用于汽車應用領域的同時,逐漸應用于其他新領域,如:醫(yī)療器械、航空航天、航海、自動化控制和軍事國防等眾多領域。CAN總線被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。隨著我過經(jīng)濟的高速發(fā)展,科技創(chuàng)新的突飛猛進,CAN總線作為我國新興的科學技術手段,將會在我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等眾多領域發(fā)揮出巨大的作用和潛力,為推動我國的現(xiàn)代化建設做出應有的貢獻。11眾多國際知名汽車公司早在20世紀80年代就積極致力于汽車網(wǎng)絡技術的研究及應用。早期的汽車網(wǎng)絡只不過是 2 個處理器之間的UART 連接。這種串行連接使 2 個控制器

10、之間能容易地共享信息，但這樣的網(wǎng)絡卻無法簡單地增加節(jié)點。北美汽車制造商和汽車工程師協(xié)會 SAE（Society of Automotive Engineers）開發(fā)了 J1850，這是一個汽車網(wǎng)絡的專用規(guī)程。J1850 很快就成了車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的標準，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 CAN（Control Area Network）。CAN最早是德國博世公司開發(fā)的，是一種最高數(shù)據(jù)速率

11、可達到 1Mb/s 的實時控制總線。其它的標準還有德國大眾的 ABUS、ISO 的 VAN、馬自達的 PALMNET 等。12三、對課題提出的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析1、對課題提出的任務要求1、研究如何測量溫度；2、研究如何將所得溫度信號送入單片機；3、研究如何將溫度信號由單片機送入PC機并顯示；4、研究如何實現(xiàn)將所得溫度與所需溫度對比并調(diào)節(jié)。2、實現(xiàn)預期目標的可行性分析1）技術可行性本課題所涉及的研究目標，在國內(nèi)外已經(jīng)有成熟的理論基礎和技術基礎。對于can總線所涉及到的技術問題進行細致的分析，絕大部分使用計算機與所學專業(yè)知識進行構建，其他的部分則可以通過自學，老師的指導來完成。2）

12、操作可行性本課題要求對于can總線有比較細致的了解，能夠通過對所查文獻和專業(yè)知識的自主研究與學習。利用實驗室提供的現(xiàn)有儀器和設備來搭建，從可操作性的角度來講，完全可行。四、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路1、重點研究的、關鍵的問題（1）CAN控制器SJA1000和AT89C51單片機結合設計的通信。（2）單片機與微控制器的通信。（3）如何實現(xiàn)can總線對溫度數(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，一個是SJA1000和節(jié)點的通信，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)點的軟件設計主要包括三大部分：CAN節(jié)點初始化、報文發(fā)送和報文接收。熟悉這三部分程序的設計就能編寫出利用CAN總線進行通信的一般應用程序，當然要將CAN總線應用于通信任務比較復雜的系統(tǒng)中還需詳細了解有關CAN總線錯誤處理總線脫離處理接收濾波處理波特率參數(shù)設置和自動檢測以及CAN總線通信距離和節(jié)點數(shù)的計算等方面的內(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）計算機一臺，單機單用，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。（5）DS18B20溫度傳感器。（6）RS232標準的電平。（7）相關的書籍和學習資料。（8）能夠保證一天不少于6個小時的工作環(huán)境。2、解決的辦法（1）使用電子實驗室個人計算機一臺。（2） 使用實驗室的SJA1000的CAN控制器、AT89C51單片機、DS18B20溫度傳感器、RS232標準的電平。（3）通過個人購買，網(wǎng)絡搜索，和大學圖書館和學院資料室借閱解決。（4）電子實驗室的開放時間足以保證時間要求。(如工具書、實驗設備或?qū)嶒灜h(huán)境條件、某類市場調(diào)研、計算機輔助設計條件等等)六、完成本課題的工作方案及進度計劃1、完成本課題的工作方案為完成本課題的基本任務要求

15、，擬定工作方案如下：（1） 確定畢業(yè)設計題目之后，首先從個人圖書、學院資料室、大學圖書館，因特網(wǎng)上搜集相關的文獻和技術文檔，以及可能涉及到的軟件程序，搜集開發(fā)平臺所需要的插件，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和開發(fā)工具。查漏補缺，繼續(xù)完善文獻和技術文檔。（3）對于課題進行功能分解，抽取其系統(tǒng)結構圖，劃定功能模塊。（4）嘗試編寫功能模塊，堅持完成一塊，調(diào)試一塊，解決一塊的原則。（5）進行系統(tǒng)調(diào)試，安裝和部署項目。（6）在各階段中，做好相關的文檔；在調(diào)試結束后進行文檔的整理與匯總，完成畢業(yè)設計文檔的撰寫，并做好演示課件，準備畢業(yè)答辯。2、完成本課題的進度計劃（以周為單位）

16、（1）第1-3周：了解課題，文獻檢索（期刊、大學圖書館網(wǎng)站期刊檢索、各專業(yè)網(wǎng)站），撰寫開題報告（2）第4-5周：熟悉vb軟件、單片機與can總線協(xié)議程序設計部分 （3）第6-7周：開發(fā)can總線溫度檢測程序，與pc的通訊程序 （4）第8-9周：開發(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、編寫設計說明書（6）第12周：修改設計說明書、準備答辯總計12周（自2010年3月1日起）七、主要參考文獻（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.2006.11.2王再英,劉淮霞,陳毅靜.過程控制與儀表M.機械工業(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.2010.64李正軍.現(xiàn)場總線及其應用技術7M.北京:機械工業(yè)出版社,2005.5徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設計M.北京航空航天大學出版社2004.6師武旗,孫俊濤.一種can總線智能節(jié)點的設計閉.電子產(chǎn)品世界,2005(10):96一97.7 余濟臨基于 CAN 總線的數(shù)字化溫度測控網(wǎng)絡系統(tǒng)J電子技術.2004 年第 8 期.8趙建東.CAN總線工業(yè)測控網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)J.機器人,2007年9史久根.CAN數(shù)據(jù)傳送實時性研究及其應用J.信息與控制,2005年10吳立松.CAN總線智能節(jié)點設計D.哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文,2009

18、年11唐金海. CAN總線分析及應用編程D.內(nèi)蒙古大學.2013.512童衛(wèi)東. CAN 總線技術在汽車中的應用研究D.東南大學。2005.713 楊小強, 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)設計J電力自動化設備.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)設計J.2010.08:11.13.16 郝鳳濤基于Can總線主從式溫度控制系統(tǒng)的設計J微計算機信息2011 年第 27 卷第6期.說明：一、學生撰寫開題報告應包含的內(nèi)容：1、本課題來源及研究的目的和意義。2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀及分析。3、對課題提出的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析。4、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解