基于现场总线的智能甲烷传感器的研究

论文摘要

随着现代煤矿工业的不断发展,安全问题已成为人们关注的热点,而且工业过程控制对大量现场信号的采集、传送和数据转换以及对精度、可靠性也提出了更新、更高的要求。以现场总线技术为基础,微处理器为核心的智能传感器,在安全性、可靠性等方面与一般传感器相比具有明显的优点,有着广泛的应用前景。本文的研究目的就是要将现场总线中的CAN总线技术与传感器结合,实现生产现场的智能化控制,满足工业控制对底层数据的实时采集和传输的要求,保证数据的实时性和可靠性。本文首先介绍了现场总线技术和智能传感器技术,并详细研究了CAN总线技术,分析了CAN总线的特点、分层结构、协议和数据帧结构。然后以C8051F040微处理器为核心设计了基于CAN总线的智能甲烷传感器,该智能传感器主要由检测电路、前置放大电路、微处理器系统、报警电路、CAN总线接口电路、显示电路和电源电路组成,能够实现对工业现场甲烷气体浓度的采集、显示、键盘输入以及越限报警等功能,并且通过CAN总线接口,将仪表接入现场总线网络。在软件设计方面,采用了嵌入式高级程序设计语言——C51,配以S51仿真器加KEIL仿真软件组成的仿真平台,进行系统软件的编写和调试。最后,为了便于上位机能够实时的对生产现场进行监控,运用Labview图形化编程软件,设计了瓦斯浓度数据监控系统应用程序进行远程监控。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 现场总线技术
• 1.2.1 现场总线的优势
• 1.2.2 现场总线的特点
• 1.2.3 现场总线的国内外现状
• 1.3 智能传感器技术
• 1.4 课题研究的意义及目标
• 2 CAN 总线技术研究
• 2.1 CAN 总线概述
• 2.1.1 CAN 总线的形成与发展趋势
• 2.1.2 CAN 总线的技术特点
• 2.1.3 CAN 总线技术的应用
• 2.2 CAN 总线技术规范
• 2.2.1 CAN 的分层结构及功能
• 2.2.2 帧格式及类型
• 2.3 CAN 控制器及其相关芯片
• 3 基于CAN 总线的智能甲烷传感器设计
• 3.1 智能甲烷传感器的设计要求及功能
• 3.1.1 智能甲烷传感器的设计要求
• 3.1.2 智能甲烷传感器的功能
• 3.2 智能甲烷传感器的结构
• 3.2.1 智能甲烷传感器的实现结构
• 3.2.2 智能甲烷传感器的总体结构
• 3.3 C8051F040 片上系统
• 3.3.1 供电电源
• 3.3.2 晶振驱动电路
• 3.3.3 复位电路
• 3.4 数据采集及处理电路设计
• 3.4.1 气敏催化元件电桥模块的设计
• 3.4.2 信号调理模块的设计
• 3.4.3 C8051F040 片上A/D 转换模块
• 3.4.4 片外存储模块
• 3.5 人机接口电路设计
• 3.5.1 液晶显示模块
• 3.5.2 键盘接口电路
• 3.6 报警及控制电路设计
• 3.6.1 越限声光报警模块
• 3.6.2 断电控制输出模块
• 3.6.3 电流输出控制模块
• 3.6.4 频率输出模块
• 3.7 数据通信电路设计
• 3.7.1 RS-485 串行通信模块
• 3.7.2 CAN 总线通信模块
• 3.7.3 CAN 转232 数据转换电路设计
• 4 基于CAN 总线的智能甲烷传感器的软件设计
• 4.1 智能传感器程序的特点
• 4.2 C51 及集成开发平台KEIL 简述
• 4.3 系统软件总体设计
• 4.4 数据采集及处理程序设计
• 4.4.1 数字滤波程序设计
• 4.4.2 A/D 数据转换程序
• 4.4.3 数据存储程序
• 4.5 人机接口程序设计
• 4.5.1 液晶显示程序
• 4.5.2 按键程序设计
• 4.6 数据通信程序设计
• 4.6.1 R5485 通信程序设计
• 4.6.2 CAN 总线通信程序设计
• 5 系统测试
• 5.1 系统测试软件开发
• 5.1.1 开发工具简介
• 5.1.2 LabVIEW 的运行机制
• 5.2 测试软件程序开发
• 5.2.1 串口VISA 介绍
• 5.2.2 开发流程
• 5.3 测试结果
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录Ⅰ攻读学位期间发表的论文
• 附录Ⅱ 基于现场总线的智能甲烷传感器的硬件电路
• 附录Ⅲ 部分主要程序代码