基于CAN总线的温度采集系统的设计

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1、附件一毕 业 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书设计（论文）题目 基于 CAN 总线的温度采集系统的设计 学 院 名 称 电气与自动化工程学院 专 业 （班 级） 自动化 07-3 班 姓 名 （学 号） 孟 皓（20071887） 指 导 教 师 鲍 伟 系 （ 教 研 室 ） 负 责 人 鲁 照 权 1一、毕业设计（论文）的主要内容及要求 （任务及背景、工具环境、成果形式、着重培养的能力）温度的测量和控制在工业生产中有广泛的应用，尤其在石油、化工、电力、冶金等工业领域中，对温度的测量和监控是非常重要的一个环节，温度参数是工业控制中的一项重要的指标，但在实际生产中，温度的采集与控制常常是一个

2、具有困难的环节。测控系统中离不开传感器，由于各类传感器的工作原理不同，其最终输出的电量形式也各不相同，为了便于系统连接，通常要考虑将传感器的输出变换成标准电压或电流信号。即便是这样，在与计算机相连时，必须增加 A/D 环节。如果传感器能以数字形式输出，就可以方便地与计算机直接相连，从而简化系统结构，提高精度。这种传感器与计算机相连的总线可称为传感器总线。实际上传感器总线仍属于现场总线，关键的问题在于如何将总线接口与传感器一体化。本设计主要研究了基于 CAN 总线的温度采集系统在工业领域中各种控制场合中的应用。采用单片机外接传感器的结构框架，保证了系统对现场温度信号采集的实时性和准确性，而数据的

3、传送采用 CAN 总线，为整个系统的实时性提供了坚实的通信保障。本设计以电气学院汽车电子与测控技术研究所为依托。研究所拥有先进的单片机开发工具和测试工具，着重培养学生分析解决实际问题的动手能力、独立思考能力和团队合作精神。成果形式以基于 CAN 总线的温度采集系统设计图纸和毕业论文为主。二、应收集的资料及主要参考文献1 杜尚丰，曹晓钟，徐津等编著，CAN 总线测控技术及其应用M，电子工业出版社2 王宝芹，范长胜，郭艳玲著，基于单片机的温室温度控制系统设计J，林业机械与木工设备，2008，36（3）：39-413 刘胜永，周功业，蔡启仲著，基于 CAN 总线智能节点通信接口的设计。广西工学院学报

4、。2006(3)：64-67.4 孟飞，罗爱斌著，多点温湿度测量仪的设计J，电子技术，2008（1）：47-495王桂荣.CAN 总线和基于 CAN 总线的高层协议J.计算机测量与控制,2003,11(5)6 王涛，李艾华，李涛著，基于 CAN 总线的温湿度智能测控装置J兵工自动化，2004,(02)54-55三、毕业设计（论文）进度计划起 迄 日 期 工 作 内 容 备 注2 月 28 日-3 月 20 日3 月 21 日-3 月 31 日4 月 1 日-4 月 30 日5 月 1 日-5 月 20 日5 月 21 日-6 月 17 日资料收集，完成开题报告，外文资料翻译总体方案的确定硬件电

5、路的设计软件框架的设计毕业论文的撰写，准备毕业论文答辩第 6 周和第 7 周自动化校内毕业实习。2开 题 报 告 （该表格由学生独立完成)建议填写以下内容 ： 1.简述课题的作用、意义，在国内外的研究现状和发展趋势，尚待研究的问题。 2.重点介绍完成任务的可能思路和方案； 3.需要的主要仪器和设备等； 4.主要参考文献。一、课题的作用和意义：在现代化的工业生产中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产

6、量等一系列问题。尽管温度控制很重要，但是要控制好温度常常会遇到意想不到的困难采用 CAN总线对温度迸行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。控制器局部网(CANCONTROLLER AREA NETWORK)是 BOSCH 公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能，现己广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。CAN 总线从形成并应用于汽车工业至今，其突出的特点和优异的性能使它的应用范围不断的扩大。目前在机械工业、纺织工业、机器人、医疗器械、传感器、

7、智能小区管理和家用电器等领域都得到了应用和发展。而且 CAN 也是目前为止唯一具有国际标准的现场总线，因此 CAN 具有广阔的前景。CAN 总线与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。概括起来有下列一些突出的特点：1CAN 总线为多主工作方式，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，而不是传统的主从方式。2在报文标识符上，CAN 上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，优先级高的数据最多可在 134us 内得到传输。3CAN 采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时，优先级低的节点会主动地退出发送，而高优先级的节点可

8、不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪情况。 4CAN 节点只需要通过对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。5CAN 报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低。并且 CAN 的每帧信息都有 CRC 校验及其它检错措施，具有极好地检错效果。6CAN 节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其它节点的操作不受影响。7CAN 协议废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。使得网络内的节点个数在理论上是不受限制的。但是，实际应用中 CAN 总线的节

9、点数主要取决于总线驱动电路，目前节点数可达 110 个。8CAN 的通信介质可为双绞线、同轴电缆和光纤，选择灵活。而且 CAN 总线结构简单，开发技术容易掌握。因此 CAN 总线具有很高的性价比。本设计主要研究了基于 CAN 总线的温度采集系统在工业领域中各种控制场合中的应用。采用单片机外接传感器的结构框架，保证了系统对现场温度信号采集的实时性和准确性，而数据的传送采用 CAN 总线，为整个系统的实时性提供了坚实的通信保障。二、国内外的研究现状和发展趋势，尚待研究的问题：温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国

10、家相比有着较大差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于 2O 世纪 8O 年代中后期水平，成熟产品主要以 “点位”控制及常规的 PID 控制器为主。4它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品。但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，还没有开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试确定。在 20 世纪 90 年代初，Bosch CAN 规范（2.0 版）被提交最为国际标准。经过几次讨论后，在1993 年 11 月公布了 CA

11、N 的 ISO11898 标准。不幸的是，在所有公布的 CAN 规范和标准都有错误和不完整的地方。在 CAN 协议不断完善的过程中，人们提出了“CAN 的时间-触发通信”协议（TTCAN） ，并计划将它国际标准化为 ISO11898-4。TTCAN 的扩展将是 CAN 的生命延长 5-10 年。当考虑到 CAN 还处在全球市场渗透的初期，即使保守的估计也表明在今后 10-15 年这种总线系统有更大的增长。三、完成任务的可能思路和方案：本设计主要研究了基于 CAN 总线的温度采集系统在工业领域中各种控制场合中的应用。采用单片机外接传感器的结构框架，保证了系统对现场温度信号采集的实时性和准确性，而

12、数据的传送采用 CAN 总线，为整个系统的实时性提供了坚实的通信保障。外围配置了数据采集电路、键盘与显示电路等，实现对温度的采集、处理、存储、显示、越界报警等功能。另外，由于存储数据的需要，会对单片机的存储单元进行扩展。1、硬件设计：系统硬件原理图如图：CAN 总线上位 PC 机CAN 通讯接口卡上位机温度节点CAN 总线接口单片机温度传感器CAN 总线接口单片机温度传感器上位 p c 机R S 2 3 2 / C A N 转换器C A N 通讯接口卡C A N 总线接口单片机温度传感器温度节点C A N 总线上位机L C D 键盘C A N 总线接口单片机温度传感器L C D 键盘2、软件设

13、计采用模块化的软件设计，将软件分成若干相对独立的功能模块，并为各模块安排适当的入口和5出口参数，使得模块之间的相互连接、组合灵活方便。智能测控装置的软件由数据采集模块、温度传感器的线性化校正、键盘输入模块、测量数据显示模块、输出控制模块、 CAN 总线通信模块等组成、各模块在监控程序的调度下协调工作。四、使用的仪器与设备本课题需要用到：铂热电阻传感器、单片机、键盘、LED 灯、晶闸管、万用表、示波器、电烙铁、电脑、电阻丝和水箱。五、主要参考文献1杜尚丰，曹晓钟，徐津等编著，CAN 总线测控技术及其应用M，电子工业出版社2王宝芹，范长胜，郭艳玲著，基于单片机的温室温度控制系统设计J，林业机械与木

14、工设备，2008，36（3）：39-413刘胜永，周功业，蔡启仲著，基于 CAN 总线智能节点通信接口的设计J。广西工学院学报。2006(3)：64-67.4孟飞，罗爱斌著，多点温湿度测量仪的设计J，电子技术，2008（1）：47-495王桂荣.CAN 总线和基于 CAN 总线的高层协议J.计算机测量与控制,2003,11(5)6王涛，李艾华，李涛著，基于 CAN 总线的温湿度智能测控装置J兵工自动化，2004,(02)54-557BALAJIPNanoparticle engineering and control of microhotplate gas sensor performanc

15、eUniversity of Maryland20015邬宽明CAN 总线原理和应用设计M北京：北京航空航天大学出版社19966杜尚丰基于 RS485 总线的温室环境控制系统研制M微计算机信息2003(9)：23-247徐津，杜尚丰，王熙莹基于 CAN 总线的温室智能控制器的开发J仪器仪表学报2006(6 增刊)：4684698史久根现场总线系统设计技术M北京：国防工业出版社，20049张晓军基于 CAN 总线的嵌入式控制系统J电网技术，2002，(9)：283310饶运涛用 CAN 构建的现场总线控制系统M北京：航天航空大学出版社，200311王黎明，夏立，邵英，闫晓玲.CAN 现场总线系统的设计与应用M.北京：电子工业出版社，2008.12邬宽明现场总线技术应用选编 2M北京：北京航空航天大学出版社2004指导教师评语：（ 建议填写内容：对学生提出的方案给出评语，明确是否同意开题，提出学生完成上述任务的建议、注意事项等）该学生能够认真查阅相关资料，提出的方案设计合理，能达到预期目标，同意开题。同时需注意 CAN 总线报文的结构及通讯协议的制定。