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1、.页眉.西南科技大学毕业设计（论文）题目名称：基于CAN总线的数据传输系统年 级：2003级 本科 专科学生学号：20035125学生姓名：杨敬国 指导教师：韩雪梅学生单位：信息工程学院 技术职称：讲师学生专业：生物医学工程 教师单位：信息工程学院西 南 科 技 大 学 教 务 处 制.页脚.页眉.基于CAN总线的数据传输系统摘要： CAN（控制器局域网）属于现场总线，是一种有效支持分布式和实时控制的串行通信网络。在基于CAN总线的数据传输系统的总体设计中，采用了模块化结构设计，主要对数据采集模块和 CAN 总线通讯模块进行了软硬件的设计开发。本设计以蒸汽锅炉的温度信号作为系统采集的源信号进行
2、设计，其中温度传感器芯片MAX6675的应用，大大简化了系统硬件电路的设计。智能节点模块的设计中采用了通用的AT89S51单片机和目前流行的CAN总线外围器件如SJA1000，PCA82C250等器件。最后，对本设计的主要工作进行了总结，对系统的完善与相关理论和技术的发展进行了展望。关键词：数据传输；CAN总线；温度信号；智能控制CAN Highway-based Data Transmission SystemAbstract： CAN is a kind of field-bus and a serial communication network which supports distr
3、ibuted and real-time control effectively. The modular structure is applied into the design of the data transmission system based on CAN-bus. The design focuses on the software and hardware of data-gathering module and CAN field-bus communication module. In the design, the source signal for the syste
4、m is the temperature signals of the steam boiler. The use of the IC MAX6675 has mostly narrowed down the design of hardware. In the design of the intelligent part, the MCU AT89S51 and the popular CAN periphery IC SJA1000 and PCA82C250 are used. Finally, the summary of the work in this paper and the
5、prospect of correlative theory and techniques are given.Key words: data transmission, CAN field-bus, temperature signal, intelligent control目 录第1章 绪 论11.1 课题背景及意义11.2 国内外数据采集技术发展及应用状况11.2.1 现场总线技术与控制系统的发展概况11.2.2 数据采集技术及数据采集系统的发展状况31.3本设计主要完成的工作4第2章 总体方案介绍52.1 CAN总线简介及工作原理52.2 系统总体设计思路52.3 各模块功能介绍72
6、.3.1 数据采集模块72.3.2 数据传输节点72.4 本章小结7第3章 数据传输系统的硬件设计83.1 微处理器的选择及其电路设计83.2 数据采集模块的设计93.2.1方案1热电偶测温93.2.2 方案2 MAX6675测温103.2.3 MAX6675工作原理103.2.4 MAX6675工作时序113.2.5 MAX6675与AT89S51的接口电路123.3 CAN 总线通讯模块设计123.3.1 CAN 器件的选用123.3.2 CAN 控制器的选用133.3.3 CAN 收发器的选用143.4 CAN 通讯模块电路设计153.5本章小结16第4章 数据传输系统的软件设计174.
7、1总体软件功能分析与模块划分174.2 CAN 总线初始化程序设计174.2.1 初始化分析174.2.2 初始化主程序184.3 CAN 总线报文发送程序设计204.3.1 报文发送分析204.3.2报文发送主程序204.4 CAN 总线报文接收程序设计224.4.1 报文接收分析224.4.2 报文接收主程序23第5章 系统调试265.1 硬件调试265.2 软件调试275.3 联合调试27总 结27参考文献28附录1：节点电路30附录2：上位指示电路31附录3：实物图32.页眉.第1章 绪 论1.1 课题背景及意义信息时代的到来，对社会的各个领域都产生了深刻的变革和巨大的影响。尤其在工业
8、自动化方面开始强调工业生产过程自动化和工业信息管理自动化。而今，信息控制一体化己经成为自动化领域的主体，是信息社会的基础和平台。随着数字通信技术、网络技术和微处理技术的迅猛发展，把传统的由数字信号和模拟信号混合的系统变成全数字信号系统成为可能，现场总线就是在这种背景下产生的，由于它适应了工业控制系统向分散化、网络化和智能化的发展方向，所以，一经产生便成为全球工业自动化的焦点，它的出现同时导致了现场总线控制系统FCS (Field-bus Control System)的产生，带来了自动控制技术领域里的一次产业革命。针对目前工业现场普遍采用的自动控制系统如DCS（Distribute Contr
9、ol System）集散式控制系统来说，它在控制现场需要大量的传感器、执行器、调节器等相关设备，他们相对分散且分布在较广泛的范围内，连线过多不便于安装和维护，而且远距离传输导致信号衰减，局域通讯网络采用RS485方式，使系统开放性差，组态比较繁琐，不具备在线调试功能，抗干扰能力差，给安全平稳运行带来隐患。针对这一系列弊端，本设计提出了应用可靠性强、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、造价低、维护成本低的CAN总线控制系统。本课题“基于CAN总线的数据传输系统”就是针对这一问题提出的。它的提出对提高企业经济效益，促进企业的发展具有极强的现实意义。1.2 国内外数据采集技术发展及应用状况1.2.1
10、 现场总线技术与控制系统的发展概况信息技术的飞速发展，引起了现场总线技术的产生。现场总线技术发展的同时又推动了控制系统的向前发展。现场总线系统即应用在生产现场，在控制设备之间实现双向、串行、多节点通信的数字通信系统。它是在 80 年代后期发展起来的一种先进的现场工业控制技术。它综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段，从根本上突破了传统的点对点式的模拟信号或数字模拟信号控制的局限性。构成一种全分散、全数字化、智能、双向、互连、多变量、多节点的通信与控制系统。 现场总线的基础是智能现场设备，本设计中即为智能数据传输系统，分散在各个工业现场的智能数据传输系统通
11、过数字现场总线连为一体，并与控制室中的监控设备一起共同构成现场总线控制系统。现场总线控制系统FCS通过遵循一定的国际标准，可以将不同厂商的现场总线产品集成在同一套FCS中，具有互换性和互操作性。FCS 把传统DCS 的控制功能进一步下放到现场智能数据采集器，由现场智能数据采集器完成数据采集、数据处理、控制运算和数据输出等功能。现场智能数据采集器的数据，通过现场总线传到控制室的监控设备上。控制室的监控设备用来监视各个现场设备的运行状态，保存各智能数据采集器上传的数据，同时完成一定的控制功能。因此FCS更好地体现了“信息集中，控制分散”的概念。而且FCS连线简单，将大大降低安装和连线的费用，现场装
12、置的智能化将增强现场设备的功能，减少一半甚至一半以上的I/O设备，并提供更多的信息流动。由于结构上的改变，FCS比DCS节约硬件设备，同时减少大量电缆，使施工、调试大大简化。总之，现场总线是高可靠性、低成本、组态简单、可互换、可互操作性、分散控制、运行方便、数据库一致的开放式系统。FCS是控制体系结构的一场革命，它将影响今后几十年内自动控制技术的发展。FCS将成为自动控制系统的主流。现场总线的产生导致了传统控制系统结构的变革，形成了新型的网络集成式全分布控制系统，即现场总线控制系统。这是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式控制系统和集散式控制系统之后的新一代控制系统
13、。 1. 基地式气动仪表控制系统 由于 50 年代以前生产规模小，检测控制仪表尚处于发展的初级阶段，所以采用的是安装在生产设备现场、只具备简单测控功能的基地式气动仪表，其信号仅在本仪表内起作用，各测控点只能成为封闭状态。2. 电动单元组合式模拟仪表控制系统 随着生产规模的扩大，操作人员需要综合掌握多点的运行参数和信息进而实行操作控制，于是出现气动、电动系列的单元组合式仪表和集中控制室。生产现场各处的参数通过统一的模拟信号送往集中控制室，操作人员可以在控制室纵观生产流程各处的状况，可以把各单元仪表的信号按需要组合成复杂的控制系统。3. 集中式数字控制系统 模拟信号的传递需要一对一的物理连接；信号
14、变化缓慢，提高计算速度与精度的开销和难度都较大，信号传输的抗干扰能力也较差。于是出现用数字信号取代模拟信号的直接数字控制。由于当时数字计算机技术尚不发达、价格昂贵，所以需要用一台计算机取代控制室的几乎所有仪表盘，即集中式数字控制系统。4. 集散式控制系统 随着计算机可靠性提高、价格大幅度下降，出现了数字调节器、可编程控制器以及由多个计算机递阶构成的集中、分散相结合的集散式控制系统。这就是今天正在被许多企业采用的 DCS 系统。DCS 系统中测量变送仪表一般为模拟仪表。因而它是一种模拟数字混合系统。这种系统在功能、性能上较模拟仪表、集中式数字控制系统有很大的进步，可在此基础上实现装置级、车间级的
15、优化控制。但是在 DCS 系统形成过程中，由于受计算机系统早期存在的系统封闭这一缺陷的影响，各厂家的产品自成系统、不同厂家的设备不能互连在一起，难以实现互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难。5. 现场总线控制系统 新型的现场总线控制系统突破了 DCS 系统中通信由专用网络的封闭系统实现的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成基于公开化、标准化的解决方案。1.2.2 数据采集技术及数据采集系统的发展状况数据采集属于信息科学的一个重要分支，它是以传感器技术、信号检测和处理技术、电子技术、计算机科学等技术为基础而形成的一门综合应用技术学科。人类从诞生开始就离不开信息活动，但是信息真正成为科学研究对象并发展成为一门科学，确是始自于 20 世纪 40 年代中期。发展至今数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。数据采
