基于CAN总线的塔吊防碰撞系统研究

论文摘要

随着城市化建设步伐的加快,建筑群的密集度也越来越高,十分有必要在塔吊上安装防碰撞安全监控系统以提高塔机工作效率及安全性。塔吊现场工作环境比较恶劣,为了保证监控系统的可靠性与稳定性,本文依据CAN总线结构简单、开发成本低以及具有很高传输速率、较强抗干扰能力等优点,设计了以CAN总线技术为结构框架的塔吊防碰撞安全监控系统。论文首先建立了系统的总线结构模型,在此基础上,设计了系统的硬件模块、软件模块以及系统采取的抗干扰措施。在硬件方面,本文根据采样信号的不同,分别设计了基于P89V51单片机的数字信号采样节点和基于ADuC842单片机的模拟信号采样节点,完成塔吊信号的采样和数据的预处理。然后设计了基于PC104嵌入式控制器的主节点,来完成对各个采样节点信息的收集,并在计算与处理后,将结果送往LCD显示。在系统硬件设计完成的基础上,本文完成了各节点采样程序以及主节点与各个智能接点之间的通信程序的设计,以完成塔吊信息的数据采样和各节点之间的数据的传输。在通信软件的设计中,为了提高数据通信的效率,采样节点与主节点之间采用了应答方式的通信协议,而输出控制节点与主节点之间采用了中断查询的工作模式。最后,针对复杂的塔吊现场环境,本文对于系统中硬件、软件的可靠性与抗干扰进行了相关的设计。该系统在实验室经过调试与试验,说明了在塔吊防碰撞安全监控系统中引用CAN总线是可行的、实用的,再经过一些改进和调试即可应用于实际的工程中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题的主要研究工作
• 1.3.1 课题的主要工作
• 1.3.2 课题主要难点及章节划分
• 2. 系统方案设计
• 2.1 塔吊运行状态信息的获取
• 2.1.1 塔吊的转角感器选择
• 2.1.2 吊钩高度传感器选择
• 2.1.3 小车变幅幅度传感器选择
• 2.1.4 塔吊的称重传感器的选择
• 2.1.5 现场风速传感器选择
• 2.2 现场总线技术
• 2.2.1 现场总线概述
• 2.2.2 几种现场总线的介绍
• 2.3 CAN总线技术
• 2.3.1 CAN总线的性能特点
• 2.3.2 CAN总线的电器特性
• 2.3.3 CAN总线的分层结构
• 2.3.4 CAN总线的报文传输
• 2.4 塔吊防碰撞系统的模型的建立
• 2.5 小结
• 3.基于CAN总线的塔吊控制系统硬件设计
• 3.1 智能节点的硬件电路设计
• 3.1.1 部分芯片简介
• 3.1.2 电路设计
• 3.2 模拟信号节点的电路设计
• 3.2.1 塔吊变幅运动智能采样节点的设计
• 3.2.2 塔吊的吊重智能采样节点的设计
• 3.2.3 复位电路设计
• 3.3 数字信号节点的电路设计
• 3.3.1 塔吊旋转运动智能采样节点的设计
• 3.3.2 塔吊吊钩高度智能采样节点的设计
• 3.3.3 现场风速信号的采样
• 3.3.4 输出控制节点的电路设计
• 3.4 主节点的设计
• 3.4.1 主控制器的选择
• 3.4.2 PC104总线地址分配电路的设计
• 3.4.3 CAN扩展电路设计
• 3.5 小结
• 4. 基于CAN总线的塔吊控制系统软件设计
• 4.1 通信软件子程序的设计
• 4.1.1 CAN总线初始化
• 4.1.2 主节点的程序设计
• 4.1.3 智能节点通信程序设计
• 4.2 采样节点数据处理程序设计
• 4.2.1 数字量采集处理函数
• 4.2.2 模拟量采集处理函数
• 4.3 小结
• 5. 系统的可靠性与抗干扰性设计
• 5.1 CAN节点印刷电路板的抗干扰措施
• 5.1.1 地线设计
• 5.1.2 配置去耦电容
• 5.1.3 其他方法
• 5.2 软件抗干扰设计
• 5.2.1 数字滤波
• 5.2.2 数字信号输出的软件抗干扰措施
• 5.2.3 程序运行失常的软件抗干扰措施
• 5.3 小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附件