開(kāi)題報(bào)告,can控制系統(tǒng)

課題名稱(chēng)：基于CAN總線(xiàn)的灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：董克龍學(xué)號(hào)：2002071071 學(xué)院：機(jī)械電氣工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)、年級(jí)：02級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：李江全職稱(chēng)：副教授畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))起止時(shí)間：2006年3月-6月1、本課題來(lái)源及研究的目的和意義近些年來(lái)，噴灌、膜下滴灌等新型灌溉技術(shù)在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)得到廣泛應(yīng)用，以膜下滴灌為主的節(jié)水灌溉面積已達(dá)400萬(wàn)畝以上，為我國(guó)乃至全世界節(jié)水灌溉事業(yè)做出了重要貢獻(xiàn)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已顯示出強(qiáng)大的生命力。隨著節(jié)水灌溉技術(shù)的不斷深入，自動(dòng)化灌溉控制技術(shù)已成為新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)灌溉的迫切需求。雖然有些地方設(shè)計(jì)并實(shí)施了灌溉工程自動(dòng)控制系統(tǒng)，但只是小面積的局部控制和試驗(yàn)示范，離大面積推廣應(yīng)用還存在很大差距。目前在兵團(tuán)灌溉自動(dòng)控制領(lǐng)域采用的通訊方式有有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種。有線(xiàn)方式主要有基于PCI總線(xiàn)和串口總線(xiàn)兩類(lèi)，前者控制實(shí)時(shí)性好，可靠性高，但采用電纜數(shù)量大，布線(xiàn)復(fù)雜；后者用線(xiàn)量少，但控制距離短。無(wú)線(xiàn)方式主要基于GSM短信息和數(shù)字傳輸技術(shù)，前者傳輸控制距離遠(yuǎn)，但實(shí)時(shí)性、可靠性差；后者實(shí)時(shí)性好，但傳輸距離短。由于這些灌溉系統(tǒng)控制技術(shù)本身的局限性以及灌溉系統(tǒng)主要部件的高價(jià)格，直接導(dǎo)致灌溉控制系統(tǒng)應(yīng)用的局限性和高成本，影響了自動(dòng)控制技術(shù)在田間灌溉的推廣普及。在自控系統(tǒng)中使用何種通訊方式，是確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和降低系統(tǒng)成本的重要環(huán)節(jié)?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的通訊與控制技術(shù)是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中的主要發(fā)展技術(shù)之一，它具有信息數(shù)字化、控制分散化等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)控制領(lǐng)域中應(yīng)用日益廣泛?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的國(guó)際先進(jìn)水平已達(dá)到二芯載波電纜控制10Km距離的推廣階段，但在我國(guó)的大田農(nóng)業(yè)灌溉控制系統(tǒng)應(yīng)用上，基于總線(xiàn)方式的控制技術(shù)還十分薄弱。當(dāng)前大田灌溉的自動(dòng)控制系統(tǒng)多采用直接進(jìn)口，技術(shù)先進(jìn)，性能穩(wěn)定，但成本昂貴，很難得到大面積推廣應(yīng)用；因此，借鑒先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的灌溉控制系統(tǒng)及與之配套的中央控制器和終端控制單元，降低投入成本，提高設(shè)備的可靠性、易操作性、可升級(jí)性和標(biāo)準(zhǔn)化等主要技術(shù)指標(biāo)，符合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展需求?？刂破骶植烤W(wǎng)（CAN－CONTROLLER

AREA

NETWORK）是德國(guó)BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線(xiàn)，通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1MBPS。其主要特點(diǎn)是：（1）傳輸距離遠(yuǎn)（最遠(yuǎn)可達(dá)10Km）；（2）實(shí)時(shí)性好，可靠性高；（3）用線(xiàn)少，成本低。正因?yàn)槿绱?，CAN總線(xiàn)在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。2、主要內(nèi)容：（1）采用計(jì)算機(jī)觸摸屏操作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)場(chǎng)CAN總線(xiàn)的農(nóng)田灌溉控制系統(tǒng)；（2）研制基于現(xiàn)場(chǎng)CAN總線(xiàn)的農(nóng)田灌溉控制系統(tǒng)關(guān)鍵部件：中央灌溉控制器和擴(kuò)展式遠(yuǎn)程終端閥門(mén)控制單元(RTU)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)；（3)中央控制器軟件設(shè)計(jì)：包括閥門(mén)隨機(jī)編組模塊、閥門(mén)狀態(tài)顯示模塊、環(huán)境信息采集顯示模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)記錄模塊、灌溉智能決策模塊等；（4）RTU的軟件設(shè)計(jì)：主要包括RTU的接收、發(fā)送控制信號(hào)，閥門(mén)狀態(tài)信號(hào)，傳感器檢測(cè)信號(hào)等。3、相關(guān)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)內(nèi)現(xiàn)有工作基礎(chǔ)灌溉管理逐漸向走自動(dòng)化是其發(fā)展方向之一。近年來(lái)滴灌技術(shù)在全球的廣泛應(yīng)用，加強(qiáng)了對(duì)大田作物肥水管理的可控性。因此，研發(fā)嵌套作物水分管理決策支持系統(tǒng)的灌溉管理自動(dòng)控制系統(tǒng)更為必要和迫切。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、武漢水利電力大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、石河子大學(xué)等對(duì)不同作物的水分管理決策支持系統(tǒng)研究都作了有益的研究，為我國(guó)灌溉管理自動(dòng)控制研究奠定了良好的基礎(chǔ)。針對(duì)農(nóng)田灌溉自控技術(shù)研究，發(fā)達(dá)國(guó)家如以色列、美國(guó)、加拿大等，從最早的水力控制、機(jī)械控制，到目前應(yīng)用廣泛的計(jì)算機(jī)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，控制精度和智能化程度越來(lái)越高，操作越來(lái)越簡(jiǎn)單，如S.K.Lutha等用12V直流電通過(guò)張力計(jì)預(yù)測(cè)土壤水分張力進(jìn)行灌溉自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是信息數(shù)字化、控制分散化、開(kāi)放可互操作的新一代工業(yè)自動(dòng)化技術(shù),它是信息技術(shù)、智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)展的最新成果。隨著工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)域應(yīng)用要求的提高,現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)已經(jīng)成為廣為應(yīng)用的解決方案。在目前的工程技術(shù)實(shí)踐中,具有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信能力的單片機(jī)控制系統(tǒng)還不多,用于閥門(mén)控制的則更少,所以對(duì)于此類(lèi)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用及推廣的新方向。觸摸屏作為一種新興的人機(jī)交換技術(shù)，由觸摸式按鍵和液晶顯示屏組成，通過(guò)觸摸開(kāi)關(guān)執(zhí)行有關(guān)命令，與工控機(jī)相比具有體積小、價(jià)格低、工作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，成為工業(yè)控制系統(tǒng)理想的人機(jī)交互設(shè)備。將觸摸屏和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制器進(jìn)行結(jié)合則給灌溉自控技術(shù)賦予智能化特點(diǎn)。CAN總線(xiàn)卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過(guò)程監(jiān)控設(shè)備的互連，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門(mén)，越來(lái)越受到工業(yè)界的重視，被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。為此，本項(xiàng)目在對(duì)兵團(tuán)已有灌溉監(jiān)控系統(tǒng)充分研究的基礎(chǔ)上，克服缺點(diǎn)、吸取優(yōu)點(diǎn)，提出了基于現(xiàn)場(chǎng)CAN總線(xiàn)的灌溉控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用觸摸屏電腦、中央控制器、RTU模塊進(jìn)行操作控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)田間土壤信息、氣象信息的數(shù)字監(jiān)測(cè)和對(duì)田間電磁閥門(mén)的編碼數(shù)字控制，使推廣具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)低成本灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)成為可能。4、對(duì)課題提出的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析課題的具體任務(wù)是要求中心控制系統(tǒng)應(yīng)具有下列功能：登陸、退出安全保護(hù)；閥門(mén)的編組和地址設(shè)定；閥門(mén)的控制及狀態(tài)顯示以及；環(huán)境信息的采集與顯示，灌溉的歷史記錄等。該項(xiàng)目是在新疆兵團(tuán)開(kāi)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，將精準(zhǔn)灌溉及相關(guān)信息技術(shù)等組裝配套集成而成，技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)，成本大幅度降低，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化走向信息化必不可少的步驟。項(xiàng)目實(shí)施為團(tuán)場(chǎng)大面積水分信息管理提供了技術(shù)支持亮點(diǎn)，確保了農(nóng)場(chǎng)的管理模式、經(jīng)營(yíng)模式、生產(chǎn)方式能夠得到動(dòng)態(tài)優(yōu)化，減少無(wú)效/低效工作環(huán)節(jié)，降低管理成本，大幅度提高農(nóng)場(chǎng)的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)目的實(shí)施能夠打破兵團(tuán)自動(dòng)化灌溉控制技術(shù)主要依賴(lài)進(jìn)口的局面，示范推廣具有兵團(tuán)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的管理控制軟件。本項(xiàng)目的技術(shù)具有前瞻性和創(chuàng)新性，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊，示范推廣的意義較大。5、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題閥門(mén)隨機(jī)編組功能模塊；系統(tǒng)設(shè)置功能模塊的設(shè)計(jì)以及當(dāng)外界條件變化時(shí)，只需稍稍改動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置即可與硬件相一致；擴(kuò)展式遠(yuǎn)程控制終端元件RTU標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議制定及普適性應(yīng)用。6、完成本課題所必須的工作條件(如工具書(shū)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)環(huán)境條件、某類(lèi)市場(chǎng)調(diào)研、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)條件等等)及解決的辦法由于這是一個(gè)上位機(jī)的中心控制系統(tǒng)，所以必需要有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，同時(shí)還需要查閱許多關(guān)于CAN總線(xiàn)的技術(shù)資料以及通訊板卡和模塊。為了增強(qiáng)軟件的實(shí)用性，需要與導(dǎo)師的科研項(xiàng)目相結(jié)合，在實(shí)際中調(diào)試和運(yùn)用。7、完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃完成本課題的總體進(jìn)度如下：第一至三周：主要查詢(xún)一些技術(shù)資料并熟悉VB6.0軟件；第四至八周：開(kāi)發(fā)測(cè)控軟件、調(diào)試軟件；第九至十周：與硬件相結(jié)合進(jìn)行實(shí)地測(cè)試第十一至十二周：編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)以及修改設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)并且準(zhǔn)備答辯。8、主要參考文獻(xiàn)[1]陽(yáng)憲惠．現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版社，1999[2]鄔寬明．CAN總線(xiàn)原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：北京舫空航天大學(xué)出版社，1996[3]SJA1000DataSheet(數(shù)據(jù)手冊(cè))[Z]，Philips公司[4]周立功．ARM微控制器基礎(chǔ)與實(shí)戰(zhàn)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003[5]蔣建文，林勇，韓江洪．CAN總線(xiàn)