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1、 摘 要 基于CAN总线和组态王的粮库监控系统的研究 粮食问题是一个关系到国计民生的重大问题，在粮食的存储过程中粮库起着极为重要的作用。特别对于我国这样一个世界第粮食大国，粮食平安的特殊性，仓容严重缺乏的现实，决定了我国粮库建设是一项长期任务。本文在分析当前粮库监控系统的开展状况和开展趋势的根底上，提出了基于CAN总线和组态王的粮库监控系统。来实现粮库内外温度，湿度，虫害情况等参数进行采集和控制。从而提高粮情监测系统的可靠性，扩大粮情监测的功能。该系统采用分布式网络结构，主要分为上位机和下位机两局部组成。而整个系统主要完成了三局部的设计：下位机CAN节点和参数采集控制设计，EPP并口协议的CA
2、N通讯适配器的设计以及组态王的组态设计。下位机CAN节点硬件采用AT89S52和SJA1000来完成，软件利用汇编语言实现。温度采集选择了DS18B20一线制数字传感器，湿度选择了HS1101电容式传感器，均采用数字信号进行采集，不存在由模拟量到数字量转换的中间环节，使系统具有稳定可靠、测量精度高、一致性好、无需任何调整、信号线长短不会影响其性能等优点。利用PC机的高级语言VB控制EPP并口来实现与CAN总线的通讯，具有开发本钱低及运行速度较快的特点。监控管理机采用组态王软件使操作更加方便，系统直观。能很好的模拟现场，实现整个系统的全面监视和远程控制。同时由于该系统采用了CAN总线作为通讯网络
3、，大大提高了系统内部的速率和实时性。将具有很好的应用前景。关键词：CAN总线 粮库 组态王 EPP 监控系统 第一章：概论1 1.1 课题研究的背景和意义11.2 国内外粮库监控系统的开展状况和趋势11.3 粮库监控开展存在的问题31.4 粮库监控开展趋势31.5 粮库监控系统的方案提出41.6 本课题主要要完成以下几方面的工作4第二章：CAN总线简介42.1 CAN总线主要特点42.2 CAN报文的帧结构42.2.1 数据帧52.1.2 远程帧62.2.3 错误帧62.2.4 超载帧72.3 CAN总线的协议标准72.4 CAN总线的报文滤波技术82.4.1 单滤波技术82.4.2 双滤波技
4、术92.5 CAN总线的开展及优势分析10第三章 粮库监控系统的总体规划103.1 系统总体结构规划113.2 系统各局部功能11上位机功能113.2.2 下位机功能113.3 系统的工作过程11第四章 下位机系统的设计124.1 CAN节点的组成124.2 CAN节点主要器件介绍124.2.1 AT89S52单片机12 CAN控制器SJA1000器件13 PCA2C250器件194.3 监控节点的软件设计204.4 温度检测局部264.4.1 传感器介绍264.4.4 温度检测的硬件设计284.4.5 软件设计分析284.4.6 使用DS18B20考前须知294.5 湿度检测局部29 传感器
5、介绍294.5.2 湿度测量硬件设计294.5.2 HS1101测量湿度的原理分析304.5.3 焊接HS1101时考前须知314.6 虫害检测局部314.7 温/湿度及虫害控制局部31第五章 上位机系统的设计335.1 CAN通讯适配器的设计335.1.1 EPP简介335.1.2 CAN适配器硬件设计34 CAN适配器软件设计355.2 上位机组态设计375.2.1 组态简介375.2.2 组态王的主要特点375.2.3 组态王主要功能具体实现375.2.4 组态界面的具体设计415.2.5 远程管理控制局部设计42第六章 系统的可靠性设计及考前须知456.1 系统的可靠性设计456.2
6、系统的考前须知466.1.1 系统安装考前须知466.1.2 系统操作考前须知47第七章 工作总结与研究展望477.1工作总结477.2研究展望48参考文献49致 谢52附录52附录A52A1 CAN节点电路原理图52A2 CAN节点电路实物图52附录B52CAN节点局部程序52附录C66C1 湿度的计算66C2 除湿控制67C3 熏蒸控制68附录D68D1 WINIO模块申明68D2 CAN适配器实物图69 第一章 概 论 1.1 课题研究的背景和意义粮食问题历来是关系国家国计民生和经济平安的重大战略性问题。2000年10月，中共中央首次正式提出国家粮食平安体系问题。中共十五届五中全会决议明
7、确指出“要高度重视保护和提高粮食生产能力，建设稳定的商品粮基地，建立符合我国国情和社会主义市场经济要求的粮食平安体系，确保粮食供求根本平衡。2004年和2005年，国务院更是先后以中央1号文件的方式，对粮食平安问题给予了高度重视。而粮食平安中粮食的平安合理储藏就是其中很重要的一环。为了适应粮食储藏技术现代化的开展，一批自主开发、先进实用的粮食储藏专用新技术、新装备，得到了全面推广和产业化应用，大大提升了我国粮食储藏技术水平。以环流熏蒸、谷物冷却机、机械通风和粮情测控为代表的“四项新技术广泛应用，大大提高了储藏技术管理水平。在“四项储粮新技术谷物冷却、机械通风、环流熏蒸、粮情测控中，其中粮情监控
8、是根底，是关键，它是各项储粮技术运行状态的观察者和运行结果的真实反映者。粮情监控系统的准确性、可靠性直接关系到储粮技术的运用和应用效果。而粮食储存在仓库里易受温度、湿度及其它环境因素的影响，可能出现发热、霉变、虫害等情况。为了减少粮食储藏过程中的损失，保障粮食的品质和质量，首先应该及时准确地掌握粮食储藏过程中各种物理量的变化情况，找出其变化规律。建立合理的粮库监控系统。对粮情变化进行实时检测、并对实时检测数据进行分析和控制，从而到达科学保粮的目的。1.2 国内外粮库监控系统的开展状况和趋势11粮食作为我国重要的战略资源，由于其生产的季节性，因此粮食的存储是关系到国计民生的大事。长期以来，国家建
9、设了大批粮食储藏库，而早期的粮情检测主要是靠人工的手测进行的，不光测试速度慢，精度低，而且人员劳动强度大。对于大型粮库的检测情况这些问题更是突出。对于通风除湿等控制根本上也是手动操作。后来国内有关厂家研制出了粮仓温度，湿度测试仪等，但一般只适合单一仓库的检测，不能实现对整个粮库粮情参数的集中显示，管理和控制。随着自动化技术，计算机及网络技术的进步与开展。计算机广泛用于粮库监控，现在国内大多数的粮库都已经实现了计算机粮情测控系统的应用。按通讯网络分，主要有以下几类粮库监控系统：1 基于RS485总线的粮库监控系统4 RS485总线是使用较为广泛的双向有补偿传输线标准，其最大每段总线长度为1200
10、米，每段最多支持32个节点，采用单组双绞线双向主从通信。当总线加长或节点增多时需要使用中继器连接，全网络支持最多256个节点。RS485通信技术应用时间较长，软硬件实现较为容易，因此现阶段在国内粮情测控系统应用很广。但由于RS485总线技术不支持多主结构，系统容量、通讯距离等方面具有很大的局限性，所以随着现代化大型粮食储藏库的逐年增多，RS485通讯方式显得愈来愈力不从心。2 基于电力线载波的粮库监控系统10电力线载波通信技术出现于本世纪二十年代初期。它以电力线路为传输通道，电力线和信号线合一，不需要另外布置信号线。具有通道可靠性高、投资少见效快、与电网建设同步等电力部门得天独厚的优点。电力载
11、波通讯利用现有库区交流电源线作为通讯线路，不必申请付费专用频道优势明显。但由于电力线上对信号存在高削减、高噪声、高变形，传输数据的过程中会出现意想不到的问题。加之和其它新兴通信手段共存，更显示出了其局限。目前对电力线载波评价不高似乎已是比拟普遍的现象。3基于无线通讯技术的粮库监控系统基于无线通讯技术的粮库监控系统主要有基于无线收发芯片发射电路的粮库监控系统，基于GSM技术的粮库监控系统以及基于GPRS技术的粮库监控系统。1） 无线收发芯片发射电路的粮库监控系统79无线收发芯片主要采用NRF401和NRF903为核心。这类设计满足无线管制要求，无须使用许可证。工作频率稳定，外围元件少，便于设计。
12、系统安装、维护方便，可靠性高。缺点是距离一般只有几百米。现主要用于粮库的温度检测。适合于中小型粮库监控系统。2 基于GSM技术的粮库监控系统13GSM技术采用拨号方式的电路交换数据传送方式。通过 短信SMS (Short Message Service) 方式进行无线通信，优点是覆盖面积广。缺点是传输过程采用排队处理。如果数据量太大或者传输周期太短，可能会产生数据丧失。可用于传输周期较长，数据量不大的数据传输。现主要用于粮库的温度，湿度的检测。适合于中小型粮库监控系统。3 基于GPRS技术的粮库监控系统8GPRS是通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService)的英文简称
13、，是在现有GSM系统上开展出来的一种新的承载业务，但它突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行局部改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似，因此现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。从而提供了一种高效、低本钱的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS数据传输具有“永远在线，
14、“快速登录，“高速传输，“按量收费等优点。但要实现GPRS数据传输，需要有固定的IP地址。4 基于TCP/IP协议的工业以态网的粮库监控系统6TCP/IP传输入控制地议/网际协议是一种网络通信协议，它标准了网络上的所有通信设备，尤其是一个主机与另一个主机之间的数据传输格式以及传送方式。基于TCP/IP协议的工业以态网符合国际主流标准,协议开放、完善不同厂商设备容易互联具有操作性，可以实现远程访问、远程诊断。具有更高的通讯带宽，能方便的实现现场设备层与企业管理层之间的无缝连接。随着高速以态网和交换式以态网的开展，以态网的实时性得到了很大提高。这些现象说明：基于TCP/IP的工业以态网将在工业控制网络中成为很重要的一局部。但是就现在的应用情况看，它不适合在工作环境恶劣，可靠性要求高等场合的应用。一般可以和其他总线混合应用。如和RS485混合应用于粮库系统。5 基于现场总线网络的粮库监控系统 现场总线技术是一个全新的总线技术，是一种应用于现场设备之间，现场设备与控制之间实行双向，串行，多节点数字通讯的技术。它的出现为自动化控制和仪器仪表工业带来了巨大的变革，它代表着未来开展的方向。目前国内粮情监控系统主要采用了三种现场总线：LONWORKS总线技术，PROFIBUS总线5和CAN总线2021技术。1 LONWORKS总线技术通信是采用一种称为L
