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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）基于CAN总线的现场信息监控系统摘 要CAN 总线属于工业现场总线的范畴,它是一种支持实时控制的串行通信网络，与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。本设计采用CAN总线实现现场信息监控，系统从总体结构上分为三个部分：企业级信息系统部分、工程师站部分、智能节点部分。论文首先介绍了典型现场总线监控系统的组成以及基本原理。其次对CAN-RS232通信转接卡的电路板制作和软件设计作了详细介绍，它实现了把来自智能节点和工程师站的数据转发到目的地址。然后对工程师站的监控软件设计作了详细说明，监控软件采用LabVIEW编写，其功能
2、是建立友好的人机交互界面；完成工程师站与智能节点的通信，包括接收实时数据和发出各种命令进行参数修改；将数据以曲线和表格的形式实时显示并保存到数据库。最后，工程师站将处理完毕的现场数据发布到网络中以便于网络中其他计算机的访问，还有对各硬件部分、通信转换卡的程序以及监控软件的调试作了简单阐述，并给出了调试结果。关键词：CAN-RS232；LabVIEW；CAN总线；监控 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）The monitoring system of the field information based on CAN busAbstractThis paper is about moni
3、toring system of the field information of enterprise based on MCU and CAN bus. CAN-bus is an effective support of distributed control of the serial communication network. The structure of the general system is divided into three parts: enterprise-class information station, engineer station, intellig
4、ent node. Firstly, in this paper, it introduces the basic principles and composition of typical monitor system of fieldbus. Secondly, the CAN-RS232 communication adapter is described about the hardware and software design in detail. Then, the engineer station is made a detailed illustration of softw
5、are design using LabVIEW, its function is to establish a friendly human-computer interaction interface, and complete the communication between engineer Station and intelligent node. Whats more, the engineer station have to picture data curve and save the data to the database or read the saved data f
6、rom the database. Finally, the results of testing the hardware, the program of CAN-RS232 communication adapter as well as the software of engineer station are given.Key words: CAN-RS232; LabVIEW; monitor; CAN bus内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 引言11.1 监控系统概述11.2 现场总线21.2.1 现场总线介绍21.2.2 几种流行现
7、场总线31.2.3 CAN总线介绍4第二章 总体方案阐述62.1 系统总体框架设计62.2 设计方案说明72.2.1 硬件部分的设计说明72.2.2 软件部分的设计说明7第三章 CAN-RS232通信转换模块的设计83.1 CAN-RS232的通信转换原理83.2 CAN-RS232相关芯片介绍93.2.1 CAN总线控制器SJA100093.2.2 CAN总线收发器PCA82C25193.2.3 电平转换器件MAX232103.3 CAN-RS232硬件电路设计113.3.1 CAN接口部分电路设计113.3.2 串行接口部分电路设计133.4 CAN总线通信协议约定153.4.1 CAN总
8、线网络通信协议设计153.4.1.1 CAN总线协议的分层结构153.4.1.2 CAN总线的报文滤波技术163.4.1.3标示符确定183.4.1.4 CAN总线波特率设置203.4.2 单片机与PC机串行通信协议设计213.5 基于AT89S52的CAN-RS232通信软件设计213.5.1 CAN 控制器SJA1000的初始化213.5.2 CAN报文发送子程序233.5.3 CAN报文接收子程序253.5.4 串行接口程序设计263.5.5 CAN-RS232通信软件设计27第四章 工程师站监控软件设计294.1 CAN总线监控平台294.2 监控软件设计304.2.1 基于LabVI
9、EW的串行接口通信314.2.1.1串口数据发送314.2.1.2串口数据接收324.2.2 数据处理及显示334.2.3 登陆界面设计354.2.4 数据库374.2.4.1ACCESS数据库374.2.4.2 ADO与数据库的交互技术374.2.4.3 数据库添加记录384.2.4.4 数据库查询38第五章 系统调试405.1 CAN-RS232通信转换模块的调试405.1.1 CAN总线部分调试405.1.1.1硬件连接测试405.1.1.2SJA1000测试405.1.1.3单节点自测415.1.1.4双节点测试415.2 监控软件的调试415.2.1 实时数据发送与接收的测试425.
10、2.2 上位机到下位机的控制数据测试425.3 调试结果42参考文献43附录A CAN-RS232通信转接卡部分44附录B 工程师站界面图46附录C CAN-RS232通信程序清单49致 谢60 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引言1.1 监控系统概述典型的监控系统主要由前端数据采集设备、传输信号的设备、后端控制显示设备这三大部分组成。工厂中，现场信息监控系统从整体上也可以分成三大部分：底层数据采集部分、传输网络、数据处理部分。典型监控系统层次如图1.1所示：图1.1 监控系统层次图控制系统都有各种各样的传感器、变送器等检测设备，以便及时地将现场设备的运行状态和被控对象的各种参
11、数反馈到控制器或控制计算机，从而实现整个系统的精确控制。将传感器检测到的现场信号实时的传送到控制器或上位机进行显示、处理和记录的技术，称之为数据采集技术。当现场距离控制室较远时，现场数据信息要远传到控制室，就构成了信息监控系统。底层数据采集部分通常使用智能节点（单片机系统）采集数据，也可以使用专用的数据采集板卡或智能变送器。数据采集板卡是各工业控制产品供应商生产的（比如美国的NI公司生产数据采集卡）；单片机系统也属于数据采集板卡，只是使用者根据自身需求而专门设计的；智能变送器不仅包括数据采集模块还有传感器部分，它输出的信号经过自身的微处理器处理，一般输出数字信号，也可以输出模拟信号。数据处理显
12、示部分的硬件一般采用通用计算机或专用的工控机，通常的控制软件有专业的组态软件（组态王KingView、MCGS，西门子的Wincc等）、NI公司的虚拟仪器软件LabView，或者设计者用VB、VC等编程语言编写控制软件。数据传输媒介分为有线和无线两大类，有线传输方式如RS-485总线、现场总线、以太网和公用电话网等；无线传输方式如VHF/UHF无线电台、GSM移动电话网、GPRS、以及卫星通信网等。在有线传输媒介中，由于RS-485总线本身存在的许多局限性，随着科技的发展，RS-485的总线效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的
13、节点少、应用不灵活等缺点慢慢的暴露出来，面临着被市场所淘汰的局面。而现场总线由于在通信能力、可靠性、实时性、灵活性、易用性、传输距离远、成本低等方面有着明显的优势，在工业中应用越来越广泛，逐渐取代了RS-485总线。1.2 现场总线1.2.1 现场总线介绍在工业控制领域中，从20世纪50年代至今一直都在使用着一种信号标准，那就是420mA的模拟信号标准。20世纪80年代，微处理器在控制领域得到应用，微处理器被嵌入到各种仪器设备中，形成分布式控制系统。随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧降低，计算机与计算机网络系统得到迅速的发展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，采用一对一连线，用电
14、压、电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散控制系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“信息孤岛” 。要实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，就必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运而生的。现场总线就是用于现场智能化装置与控制室自动化系统之间的一个标准化的数字式通信链路，可进行全数字化、双向、多站总线式的信息通信，实现相互操作以及数据共享。现场总线是一个低层次的网络协议，在其之上还允
15、许有上级的监控和管理网络，负责文件传送等工作。现场总线为引入智能现场仪表提供了一个开放的平台，基于现场总线的现场总线控制系统FCS，将是继集散控制系统DCS后的又一代控制系统。1.2.2 几种流行现场总线上世纪80年代以来，国际上的知名大公司先后推出了几种工业现场总线和现场通讯协议，目前流行的主要有FF(Fieldbus Foundation)、ProfiBus(Process Fieldbus)、LonWorks (Local Operation Network)、CAN(Controller Area Network)等。其主要技术差异及适用场合如下： FF即基金会现场总线，以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通讯模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通讯速率。H1的传输速率为31.25kbit/s，通讯距离可达1900m（可加中继器延长），可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率为1Mbit/s和2.5Mbit/s两种，其通讯距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射。主要应用在过程自动化领域，如：
