测控网络技术课程设计-基于CAN总线的列车吸烟室烟雾测控系统设计.doc

测控网络技术课程设计基于CAN总线的列车吸烟室烟雾测控系统设计 姓名：班级：测控三班学号：20121139 2015年5月一：需求分析1二：CAN总线2三：传感器5四：调速风扇6五：控制系统7六：设计总结1012 一：需求分析 随着我国人均GDP的不断发展，人民生活质量的不断提高，现在的人们不仅追求吃的好，更追求吃的健康。生活品质上的追求已为了人们的主流。老人们早上打太极，晚上跳广场舞。除了解闷外更重要的是锻炼身体。在公交车人数密集，乘客们禁止吸烟。而在列车上，人数同样密集，但由于乘客在列车上的时间比在公交车上多多。于是人们就在列车上设立了吸烟室。吸烟室是列车设计中的一个必不可缺的环节，但在列车上，吸烟室依然存在着一些问题。 吸烟室是针对在列车上吸烟的人群而建立的。现在的硬卧与硬座车厢中的吸烟室是没有任何的控制系统存在的。而这两个地方也是列车上人均密度最大的地方。当人吸烟时大量的烟雾就聚集在吸烟室内，这样不但严重危害吸烟者的健康，对路过的乘客也是极大的危害。而且当列车静止时，车厢内外无较大的气压差，烟雾将会流入乘客车厢内从而影响更多的乘客。列车吸烟室烟雾测控系统就是针对该情况，测量吸烟室中烟雾的浓度并及时排除烟雾已在最大程度上减少烟雾对人体带来危害的系统。 性能需求：众所周知，在一般列车车厢中，硬座车厢与硬卧车厢中吸烟室无任何控制系统，烟雾的排出完全靠列车车厢空隙现在设计一个车厢只能排烟系统其中一些参数为烟雾传感器烟雾浓度测量：设置烟雾警示浓度，当列车车厢空气中烟雾浓度未到设置烟雾浓度时烟雾传感器传递信号给PC端，若调速风扇在运转，则使其停止，若调速风扇未运行，则保持。当烟雾浓度超过时设置烟雾浓度时，调速风扇运行。列车车厢内外压力测量：在列车吸烟室内外装上压力传感器，当列车行驶时对压力进行侦测，计算列车内外压力差，得出差值后对调速风扇进行相对控制。压力差值与调速风扇转速关系有实验确定。二：CAN总线CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言。现场总线技术的特点与优点 ：一、现场总线技术的特点 系统开放性、分散性与数字通信是现场总线系统最显著的特征，其技术特点基于 CAN总线的智能传感器开发与应用技术研究具体体现在以下几点：1、系统的开放性。所谓的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互联并实现信息交换。现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。 2、互可操作性与互用性。互可操作性是指实现互联设备间、系统间的信息传送与沟通。可实行点对点，一点对多点的数字通信。互用性意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。 3、现场设备的智能化与功能自治性。将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。 4、结构的高度分散性。由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有 DCS 的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性和对现场环境的适应性。 二、应用现场总线技术的优势1、节省硬件数量与投资。由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，还可以用工控机作为操作站，从而节省了硬件投资。 2、节省安装费用。由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少。连线设计与接头校对的工作也大大减少，当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。 3、节省维护开销。由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通迅将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行、诊断维护信息，以便早期分析原因并快速排除。缩短了维护停工时间，同时，连线简单而减少了工作量。 4、用户具有高度的系统集成主动权。用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统，它们都具有兼容的协议和接口，因此，在选择产品时，不会受到某一产品的限制，使系统集成过程中的主动权完全掌握在用户手中。 5、提高了系统的准确性与可靠性。由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制点准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。三：传感器烟雾传感器： 1.离子式烟雾传感器2.光电式烟雾传感器3.气敏式烟雾传感器。在这里采用气敏烟雾传感器。气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。气敏传感器的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。离心力传感器：安装在列车车轮上，利用无线发送装置与PC端的无线接收端相连。当烟雾传感器检测到烟雾时，PC端会检测列车是否运行已进行接下来的操作。压力传感器：半导体压电阻抗扩散压力传感器是在薄片表面形成半导体变形压力，通过外力（压力）使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号。此处将压力传感器安装在列车吸烟室车厢内外两侧测量车厢内外压力，将内外压力传输给PC求出压力差。四：调速风扇在实验室中对车厢内外压力差进行测量，并测量出烟雾的流通速率。然后对在相同气压差下风扇转速与烟雾排除的关系模型化，测算相关关系与对应量，找出较为理想的转速值并保存至PC中。当列车静止时，调速风扇速度唯一，而火车运动时，调速风扇速度取PC中保存的实验值。下图为调速风扇电路图：电路见图1a。电路中NE555接成占空比可调的方波发生器，调节RW可改变占空比。在NE555的3脚输出高电平期间，过零通断型光电耦合器MOC3061初级得到约10mA正向工作电流，使内部硅化镓红外线发射二极管发射红外光，将过零检测器中光敏双向开关于市电过零时导通，接通电风扇电机电源，风扇运转送风。在NE555的3脚输出低电平期间，双向开关关断，风扇停转。MOC3061本身具有一定驱动能力，可不加功率驱动元件而直接利用MOC3061的内部双向开关来控制电风扇电机的运转。RW为占空比调节电位器，亦即电风扇单位时间内（本电路数据约为20秒）送风时间的调节，改变C2的取值或RW的取值可改变控制周期。图1b电路为MOC3061的典型功率扩展电路，在控制功率较大的电机时，应考虑使用功率扩展电路。五：控制系统如下图当吸烟室有人吸烟时，烟雾传感器感应到后将信息传递给PC端，PC端通过安装在车轮上的离心力传感器检测列车是否在运行。如果列车没有运动，则控制风扇输出静止时速度。如果列车在运动，则通过压力传感器获取车厢内外气压差。根据压力差的数值控制风扇转速。静止运动烟雾传感器PC端离心力传感器风扇压力传感器以下为烟雾传感器接受的烟雾信号后，触发PC端，PC端与离心力传感器和PC端与压力传感器之间的C语言子程序： i ncludei nclude /SJA存储器定义头文件i nclude /SJA子程序文件i nclude /显示头文件i nclude /字符串函数/*头文件*/vid Init_Cpu(void); /初始化单片机void Sja_1000_Init(void); /初始化SIA /* bit s; /配置sja标志bit flag_send; /发送命令标志unsigned char data a5=0x05,0x05,0x05,0x05,0x05; /unsigned char b5=0x12,0x12,0x12,0x12,0x12;unsigned char c5=0x01,0x01,0x01,0x01,0x01; unsigned char data send_data10,rcv_data10;unsigned char bdata flag_initunsigned int count_k; sbit rcv_flag=flag_init0;sbit err_flag=flag_init2; /*/void main(void) s=0do Sja_1000_Init(); while(s!=0); Init_Cpu(); flag_init=0x00; while(1) if(rcv_flag) if(rcv_flag) rcv_flag=0; BCAN_DATA_RECEIVE(rcv_data); BCAN_CMD_PRG(RRB_CMD); flag_send=1; if(flag_send) flag_send=0; send_data0=rcv_data2; send_data1=rcv_data3; send_data2=0x88; send_data3=0x89; BCAN_DATA_WRITE(send_data); BCAN_CMD_PRG(TR_CMD); for(count_k=0;count_k200;count_k+) display(a); if (err_flag) for(count_k=0;count_k280;count_k+) display(c); err_flag=0; Sja_1000_Init(); display(b); void ex0_int(void) interrupt 0 using 1 SJA_BCANAdr=REG_INTERRUPT; flag_init=*SJA_BCANAdr; void Init_Cpu(void) PX0=1; EX0=1; EA=1; void Sja_1000_Init(void) void Sja_1000_Init(void) s=BCAN_CREATE_COMMUNATION(); s=BCAN_ENTER_RETMODEL(); s=BCAN_SET_BANDRATE(0x04); s=BCAN_SET_OBJECT(0xaa,0x00); s=BCAN_SET_OUTCLK(0xaa,0x48); s=BCAN_QUIT_RETMODEL(); SJA_BCANAdr=REG_CONTROL; *SJ