基于CAN总线的棉花滴灌控制系统设计与抗干扰方法研究

论文摘要

随着世界性水资源日益紧缺,水资源不足已成为制约我国国民经济发展的重要因素。新疆生产建设兵团(以下简称兵团)农牧团场多位于河流下游或沙漠边缘,干旱缺水一直是制约兵团农业生产发展的主要因素,因此要进一步发展灌溉面积就必须节约灌溉用水,大力发展农业节水技术。兵团自引进滴灌技术以来,经过多年研究、实践和探索改进,先后创造了微灌、渗灌、膜下滴灌等先进的节水灌溉技术。本文针对兵团棉花生产过程中的滴灌环节所存在的问题,设计了基于CAN总线的滴灌过程控制系统,并对系统应用中的抗干扰问题进行了深入研究。综合考虑控制规模和实现成本等因素,确定了以工控机为控制核心,CAN总线为通讯网络的硬件系统架构,并对各组成器件的工作原理、外围电路搭配、软件驱动等问题进行了深入细致的研究,搭建了控制系统的硬件平台。对控制系统的软件功能进行了细致的划分,以模块化设计理念进行了控制系统软件的编写。实现了CAN智能模块节点之间以及与上位机的CAN接口交互通信、数据采集与处理、灌溉控制决策、驱动信号输出等功能。分析了与系统相关的几种典型干扰的来源及影响。在硬件方面,对系统重要电路进行硬件抗干扰设计；在软件方面,将限幅滤波法、中位值法、一阶滞后滤波法、算术平均值法等四种数字滤波算法应用于系统中,通过对实验数据处理分析及干扰抑制效果的对比,选用了一种复合滤波方法应用于灌溉系统中,提高了系统控制的稳定性及准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 兵团节水灌溉自动化的意义
• 1.1.1 兵团农场节水灌溉控制技术的应用
• 1.1.2 CAN总线控制系统在节水灌溉中的应用
• 1.2 节水灌溉控制系统抗干扰的意义
• 1.2.1 干扰对控制系统的影响
• 1.2.2 控制系统抗干扰的意义及必要性
• 1.3 节水灌溉自动控制技术的国内外研究现状
• 1.3.1 灌溉控制系统研究现状
• 1.3.2 抗干扰技术研究现状
• 1.4 论文的主要内容
• 第二章 基于CAN总线的棉花膜下滴灌控制系统设计
• 2.1 系统的总体设计
• 2.1.1 系统总体方案设计原则
• 2.1.2 灌溉控制系统总体设计
• 2.1.3 系统实现的主要功能
• 2.2 系统的硬件设计与实现
• 2.2.1 系统硬件组成
• 2.2.2 系统主要部件选型
• 2.2.3 系统硬件功能实现
• 2.3 系统的软件设计
• 2.3.1 软件结构
• 2.3.2 上位机程序模块介绍
• 2.3.3 系统软件主要模块设计
• 2.4 系统的调试与分析
• 第三章 系统存在的干扰分析及硬件抗干扰措施
• 3.1 系统中存在干扰来源及影响
• 3.1.1 系统中存在的干扰现象
• 3.1.2 干扰源及对系统的干扰
• 3.1.3 干扰对控制系统的危害
• 3.2 硬件的抗干扰措施
• 第四章 CAN总线滴灌控制系统软件抗干扰设计
• 4.1 异常值判断方法及其应用
• 4.1.1 异常值判断方法
• 4.1.2 数据异常值判断
• 4.2 数字滤波技术及其应用
• 4.2.1 限幅滤波法
• 4.2.2 中位值滤波法
• 4.2.3 算术平均滤波法
• 4.2.4 一阶滞后滤波法
• 4.3 干扰抑制效果评价
• 4.3.1 评价方法
• 4.3.2 系统选用
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 附录
• 导师评阅表