基于CAN总线的灌区气象数据采集处理系统

论文摘要

在灌区管理中,根据气象要素的变化确定河源来水量、作物的需水量是实现灌区用水量的科学调配的基础。灌区自然环境恶劣,观测点多且布局分散。我国目前使用的大部分灌区气象信息观测设施落后、数据传输不稳定、系统后期维护难度大且费用高,已远不能达到现代灌区信息化建设的要求。因此,分析灌区水量调配对气象信息监测的需求,研究低成本的灌区气象信息采集处理系统,设计软硬件系统并开发相应的产品用于灌区水量的科学调配具有十分重要的意义。由于灌区气象观测点多布置于人烟稀少地区,采用无线通信传输数据信号易受干扰,传输过程不稳定,因此在灌区内选用有线通信方式十分必要。对比传统RS-232和RS-485等有线传输方式,CAN总线具有以下优势:基于报文的多主工作方式、数据的传输速率高且距离远、抗干扰能力强、可靠性高、通用性强、性价比高等。因此,本文根据灌区气象数据采集处理系统自身的特点,将CAN总线通信技术运用至灌区气象要素的观测及数据传输系统中,CAN通信模块选用Microchip公司的带SPI接口的新型CAN控制器MCP2515。本设计由各观测节点、CAN适配卡和上位机等构成。其中观测节点单元包括气象数据采集模块、主控单元以及CAN通信模块,主要完成灌区气象要素的数据采集、处理、显示、数据发送等任务;使用TI公司的MSP430F169微控制器作为气象数据采集模块的主控芯片,Microchip公司的CAN控制器MCP2515和接收器82C250构成CAN通信模块;CAN适配卡完成CAN总线数据与上位机之间的数据通信。程序设计方面使用C语言完成对气象传感器的信号处理、CAN通信模块报文的发送和接收以及CAN适配卡的程序设计。此外,上位机灌区气象数据管理软件使用VB6.0进行软件开发,实现灌区气象数据的实时显示和存储等。试验表明:对于观测点分布区域广、布局分散,数据传输频率高、单次传输量小的灌区气象数据,使用基于报文的CAN总线技术能实现各种气象数据实时、稳定的传输,可根据当地情况自行选择观测节点数量,节约了投入成本,解决了我国灌区气象数据采集处理系统中存在的问题,是灌区气象信息观测及数据传输的重要手段。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.1.1 气象要素在灌区中的重要性
• 1.1.2 灌区信息化建设的必要性
• 1.1.3 CAN 总线技术在灌区气象数据采集与处理应用中的必要性
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 系统总体设计方案
• 2.1 CAN 总线技术
• 2.1.1 CAN 总线概述
• 2.1.2 CAN 总线特点
• 2.1.3 帧类型
• 2.1.4 帧格式
• 2.1.5 帧优先级仲裁
• 2.1.6 CAN 总线传输
• 2.2 灌区气象数据采集处理系统总体功能要求
• 2.3 灌区气象数据采集处理系统总体结构
• 2.3.1 CAN 总线网络结构
• 2.3.2 系统总体结构
• 2.3.3 观测节点单元结构
• 2.3.4 CAN 总线适配卡结构
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 主控单元硬件设计
• 3.1.1 主控单元微控制器选型
• 3.1.2 MSP430F169 微控制器开发平台介绍
• 3.1.3 微控制器外围电路设计
• 3.2 通信模块设计
• 3.2.1 CAN 控制器选型
• 3.2.2 CAN 总线收发器选型
• 3.2.3 通信模块硬件电路设计
• 3.3 气象数据采集模块硬件设计
• 3.3.1 温湿度传感器
• 3.3.2 风速、风向传感器
• 3.3.3 雨量传感器
• 3.4 CAN 适配卡设计
• 3.4.1 CAN 适配卡微控制器选型
• 3.4.2 STC89C54 单片机开发平台介绍
• 3.4.3 CAN 适配卡硬件电路设计
• 3.5 硬件总体测试
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 观测节点单元程序设计
• 4.1.1 观测节点单元主程序设计
• 4.1.2 微控制器与CAN 控制器初始化
• 4.1.3 气象数据采集模块
• 4.1.4 CAN 通讯程序设计
• 4.2 CAN 适配卡程序设计
• 4.2.1 CAN 适配卡主程序设计
• 4.2.2 CAN 接收中断程序设计
• 4.2.3 RS-232 接收中断服务程序设计
• 4.3 上位机软件设计
• 4.3.1 Visual Basic 简介
• 4.3.2 MSComm 控件
• 4.3.3 上位机软件功能分析
• 4.3.4 上位机软件程序实现
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 致谢
• 作者简介