基于现场总线的远程温度测控技开题报告术

1、 中 北 大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院：仪器与电子学院专 业：测控技术与仪器设计(论文)题目：基于现场总线的远程温度测控技术指导教师: 2015 年 3 月 20 日毕 业 论 文 开 题 报 告1选题依据：（1）、本课题研究的目的和意义现场总线是应用在生产最底层的一种总线型拓扑的网络，是用作现场控制系统的、直接与所有受控节点串行相连的通信网络。受控设备和网络所处的环境可能很特殊，对信号的干扰往往是多方面的，这就要求控制必须是实时性很强。在20世纪80年代初，工程人员开始讨论现有的总线系统运用于轿车的可能性。1986年2月在SAE大会上，博世公司提出了CAN，称为“Au

2、tomotive SerialController Area Network”。今天几乎每一辆在欧洲诞生的新轿车都至少装配有一个CAN网络系统。CAN也应用在从火车到轮船等其他类型的运输工具上，以及工业控制方面 。仅1999年，就有近六千万个CAN控制器投入使用，2000年这个数字达到一亿。由于CAN总线具有多主方式工作、非破坏总线仲裁、直接通讯距离远、通信介质灵活、性价比高等特点，其应用范围目前已不再局限于汽车行业，而扩展到了机械工业、纺织机械、农业机械、机器人、数控机床、家用电器等领域发展。CAN已经形成了国际标准，并已被公认为集中最有前途的现场总线之一。对于CAN总线的开发具有重要的现实

3、意义。（2）、国外研究现状1986年德国Bosch公司为解决汽车的监测和控制而设计了 CAN,CAN (Controller AreaNetwork)是一种串行网路,基于其高可靠性、支持分布式控制和实时控制等适合工业控制的特点,随后逐步发展到其他工业控制领域。CAN总线经过上世纪90年代的高速发展,并制定了 CAN技术规范(CAN 2.0)和ISO国际标准(IS011898)。据上世纪90年代初成立的国际CAN用户和制造商非营利组织CiA(CAN in Automation)统计:在1998年CAN节点销售量多达9700万个,其中80%安装于欧洲,且80%的CAN节点应用于汽车工业,剩下20%

4、则应用于嵌入式网络和工业控制系统,如工业控制系统、监测系统、机器人控制系统等。值得注意的是在欧洲高能物理项目CERN中也采用了CAN总线。810进入21世纪,CAN总线技术得到高速发展,在广泛应用于汽车应用领域的同时,逐渐应用于其他新领域,如:医疗器械、航空航天、航海、自动化控制和军事国防等众多领域。CAN总线被公认为几种最有前途的现场总线之一。随着我过经济的高速发展,科技创新的突飞猛进,CAN总线作为我国新兴的科学技术手段,将会在我国工业、农业、生活等众多领域发挥出巨大的作用和潜力,为推动我国的现代化建设做出应有的贡献 11。众多国际知名汽车公司早在20世纪80年代就积极致力于汽车网络技术的

5、研究及应用。早期的汽车网络只不过是 2 个处理器之间的UART 连接。这种串行连接使 2 个控制器之间能容易地共享信息，但这样的网络却无法简单地增加节点。北美汽车制造商和汽车工程师协会 SAE（Society of Automotive Engineers）开发了 J1850，这是一个汽车网络的专用规程。J1850 很快就成了车内联网的标准，并取代了 UART 串行通讯。通用汽车公司和克莱斯勒汽车公司使用 10.4kb/s可变脉宽规程的相似版本,在单根线的总线上通讯。福特汽车公司采用速率更高的 41.6 kb/s PWM 型,在 2 条线的差分总线上通讯。欧洲汽车制造商支持控制器局域网络 CA

6、N（Control Area Network）。CAN最早是德国博世公司开发的，是一种最高数据速率可达到 1Mb/s 的实时控制总线。其它的标准还有德国大众的 ABUS、ISO 的 VAN、马自达的 PALMNET 等 12。（3）、国内研究现状在上个世纪70年代,随着计算机微电子技术的发展,控制仪器也得到了性能和结构的改变,一些智能设备在工业生产中占据的地位越来越重要,计算机与仪器设备间的界限越来越模糊2。在温度控制方面的系统很多是基于Rs485总线实现的,在RS485系统中,最多可以挂载30多个节点,有着价格低廉,维护方便的优点,但是RS485总线是通过循环地址查询,挂载的节点越多效率越低

7、,每个节点的总线地址是确定不变的,不利于实现系统的冗余,主节点的错误会影响到整个系统的功能"另外IZC总线也广泛应用于工控领域,它虽然有着接线简单,可以挂载多个器件的优点,但是软件实现上相对复杂,且传输速度较慢3。现场总线是应用在生产现场、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

8、能现场设备,分散在各个工业现场的智能设备通过现场总线连为一体,并与控制室中的监控设备一起共同构成FCS。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设备,由现场智能设备完成数据采集、数据处理、控制运算和数据输出等功能。现场智能设备的数据,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,保存各现场智能设备上传的数据,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,现场装置的智能化将

9、增强现场设备的功能,减少一半甚至一半以上的FO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46。目前自动控制中的温度测控网络的研究重点集中在远距离传输和检测数据的稳定性上。通常该系统主要采用的是用模拟温度传感器，通过 A/D转换成数字信号，再转换为 RS485通信。测控系统主要借助于PC提供的 RS232 串行口。与 RS-485 之间进行转换，从而实现温度测控网络系统的控制。这种方式虽然很成熟。但主要存在两大缺点。一是 A/D转换成本高，电路较为复杂，稳定性差。二是 RS485通信距离短，一般不加中继通信距离小于 1 200

10、m，同时 RS485 抗强干扰能力差，当某一通信节点出现故障时不能自动脱离，从而使整个系统瘫痪。严重影响了整个系统的可靠性。为了提高自动控制系统中通信的可靠性。近年来，现场总线取得了长足的发展。现场总线系统FCS 也是未来控制网络化的基础。FCS 不需要一个中央控制单元来集中控制和操作，而是通过智能现场设备来完成控制和通信任务。可较好地解决实时控制和现场信号的网络通信。另外新一代的数字温度传感器，可直接将温度信号转换为串行数字信号供计算机处理，使检测稳定性大为提高。因此，把现场总线技术，单片机控制技术和数字化温度传感器结合起来，就可以克服目前温度测控网络系统中存在的缺点，实现高可靠性的数字化温

11、度测控网络系统 7。参考文献 1 戴明基于CAN总线的温度监控系统D南京理工大学.2006.11.2王再英,刘淮霞,陈毅静.过程控制与仪表M.机械工业出版社,2006.3张毅. 基于CAN总线的温度控制系统研究D.南京理工大学.2010.64李正军.现场总线及其应用技术7M.北京:机械工业出版社,2005.5徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计M.北京航空航天大学出版社2004.6师武旗,孙俊涛.一种can总线智能节点的设计闭.电子产品世界,2005(10):96一97.7 余济临基于 CAN 总线的数字化温度测控网络系统J电子技术.2004 年第 8 期.8赵建东.CAN总线工业测

12、控网络系统的设计与实现J.机器人,2007年9史久根.CAN数据传送实时性研究及其应用J.信息与控制,2005年10吴立松.CAN总线智能节点设计D.哈尔滨工业大学工学硕士学位论文,2009年11童卫东. CAN 总线技术在汽车中的应用研究D.东南大学。2005.712 杨小强, 高亚明, 金美华, 韩 军基于 CAN 总线的分散式高精度温度控制系统设计J电力自动化设备.第26卷第3期. 毕 业 论 文 开 题 报 告研究方案：（1）研究目标：根据毕业设计需要学习必备知识，能够充分把握CAN总线通信系统和温度采集系统设计重点，设计出稳定实用的温度采集控制系统。（2）研究内容：主要是采用单片机采

13、集温度，并使用CAN总线进行远距离传输以达到远程控制的目的。本系统分为温度采集系统和CAN总线传输控制系统。如系统所示，主服务器端有一个，可以集中显示各个温度采集端采集的温度，并能够发出指令控制温度采集端。（3）研究方案：可以把硬件设计分为数据采集系统、CAN总线通信系统和人际交互系统。这三个系统的数据交换可以很方便地通过软件完成。以上综合给出整个系统的框架。图一 硬件总框图数据采集模块可以添加很多块每个单元都是含有MCU的，都可以实现智能化通讯和处理数据。其中数据采集中应用LED显示，LED显示醒目，而且相对于LCD适应更多复杂恶劣环境。主服务器应位于室内环境较好的地方，采用LCD液晶方便显

14、示数据，方便用户对系统进行设置和操作。温度采集采用热敏二极管和高速AD芯片，可以动态调节精度以适应需要。1）、CAN总线驱动器PCA82C250CAN总线驱动器PCA82C250主要提供CAN控制器与物理总线之间的接口。它最初是为汽车中的高速应用（达1Mbps）而设计的，可提供对总线的差动发送和接收功能。2)、CAN总线控制器 SJAl000是PHILIPS公司推出的一种高性能的CAN总线控制器，它不仅和PCA82C200的基本CAN模式(Basie CAN)兼容，而且还增强CAN模式 (Pelican)，这种模式支CAN20B协议。3）、单片机采用AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS

15、8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案4）、传感器的选用DS18B20传感器DALLAS公司的DS18B20是一线式数字温度传感器，具有3脚IO-92 积封装;温度测位 AD/转换精度，测温分辨率可达0.0625，DS18B20能够直接从数

16、据线获得电源，无需外部电源供电。其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个 DS18B20 可以并联到 3根或 2根线上，CUP只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路，使 DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。(4)软件总流程图CAN 总线节点的软件设计主要包括三大部分：CAN节点初始化、报文发送和报文接收。熟悉这三部分程序的设计就能编写出利用CAN总线进行通信的一般应用程序，当然要将CAN总线应用于通信任务比较复杂的系统中还需详细了解有关CAN总线错误处理总线脱离处理接收滤波处理波特率参数设置和自动检测以及CAN总线通信距离和节点数的计算等方面的内容。（4）完成本课题工作进度计划：