基于CAN总线的信息传输接口的研究

论文摘要

矿井安全生产监控系统是保障煤矿安全生产的重要手段,其主要组成部分有:各种传感器、工作站（具有控制功能的信号采集器）、数据接口装置、信号传输电缆、监控主机专用的监控系统软件等。目前,相当一部分监控系统仍采用RS-485通信方式,在这种通信方式下,工作站对传感器模拟量、开关量的数据采集以及模拟量（如:瓦斯）在超限时、开关控制量的输出还有监控主机的通信都由单一单片机完成,因此,系统的性能（如:通信性能）受到很大的限制。由于煤矿安全生产中关于煤矿监控系统的要求标准不断提高,而且现存的监控系统存在着这样那样的问题,其中包括通信方式上影响监控系统性能的问题,因而,设计基于新的通信方式的监控系统就变得很有必要。本文通过对现有矿井安全生产监控系统通信方式的研究分析,研究设计出了一种将CAN总线和USB数据传输方式相结合的监控系统接口。文中首先介绍了现场总线在矿井安全监控系统中的应用现状,其次论述了CAN总线应用于这一领域的优势。论述了基于CAN总线的信息传输接口的硬件结构、软件系统设计。硬件部分详细论述了接口中CAN总线设计和USB通信方式设计;软件部分论述了遵循CAN协议的数据收发的实现以及利用USB方式与主监控机数据交换的软件设计。论文的最后部分论述了接口中采用的抗干扰技术以及接口系统调试过程。本文设计的基于CAN总线的信息传输接口具有传输速度快,支持热插拔等优点,满足了煤矿安全生产监控系统的设计要求,实现了工作站和监控主机的通信。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 引言
• 1.1 选题依据
• 1.1.1 现场总线概述
• 1.1.2 工业控制系统的发展概况
• 1.2 CAN 总线在煤矿通信中应用的优势
• 1.3 基于 CAN 总线的信息传输接口的研究
• 1.3.1 USB 协议
• 1.3.2 USB 作为数据传输接口协议的特点
• 1.4 创新之处
• 1.5 本论文的主要研究工作
• 1.6 本章小结
• 2 CAN 协议和 USB 网络工作原理
• 2.1 CAN 网络的概念
• 2.1.1 CAN 网络性能特点
• 2.1.2 CAN 网络协议结构
• 2.2 CAN 物理层分析
• 2.3 CAN 数据链路层分析
• 2.3.1 媒体访问控制子层
• 2.3.2 逻辑链路控制子层
• 2.4 CAN 应用层协议分析
• 2.5 USB 的工作原理
• 2.5.1 域的类型
• 2.5.2 包的类型
• 2.5.3 USB 的数据传输
• 2.6 本章小结
• 3 基于 CAN 总线的信息传输接口的硬件设计
• 3.1 矿井安全生产监控系统通信模型
• 3.2 信息传输接口硬件的总体设计
• 3.3 地址分配
• 3.4 CAN 接口的电路设计
• 3.4.1 CAN 总线控制器、驱动器电路
• 3.4.2 电气隔离
• 3.4.3 保护电路
• 3.4.4 稳压电源
• 3.5 CAN 复位电路
• 3.6 USB 电路设计
• 3.7 信息传输接口本质安全性计算
• 3.7.1 信息传输接口本安设计的依据
• 3.7.2 信息传输接口选用电源的计算
• 3.7.3 信息传输接口选用电感器件的电感量计算
• 3.7.4 信息传输接口选用电容器件的电容量计算
• 3.8 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 信息传输接口的总体软件设计思路
• 4.2 信息传输接口的主程序设计
• 4.3 信息传输接口中 CAN 部分的程序设计
• 4.3.1 初始化子程序
• 4.3.2 接收数据子程序
• 4.3.3 发送数据子程序
• 4.3.4 多主工作方式的设计
• 4.4 信息传输接口 USB 部分主程序设计
• 4.4.1 USB 软件模块
• 4.4.2 硬件提取层
• 4.4.3 PDIUSBD12 命令接口
• 4.4.4 中断服务程序
• 4.4.5 协议层
• 4.4.6 标准设备请求处理和厂商请求
• 4.5 本章小结
• 5 接口抗干扰设计
• 5.1 煤矿环境常见干扰源及危害
• 5.1.1 电磁干扰源
• 5.1.2 过压干扰源
• 5.2 硬件抗干扰设计
• 5.2.1 看门狗
• 5.2.2 印刷电路板的抗干扰
• 5.2.3 光电隔离技术
• 5.3 软件抗干扰设计
• 5.3.1 软件抗干扰的前提条件
• 5.3.2 抗干扰的软件设计
• 5.4 本章小结
• 6 实验调试与总结
• 6.1 实验电路的连接
• 6.2 驱动程序的安装
• 6.3 实验过程
• 6.4 实验结果和结论
• 6.5 实验中遇到的问题
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 附录Ⅲ
• 作者简介
• 学位论文数据集
• 详细摘要