基于CAN总线的网络化仪表节点研究

论文摘要

现场总线的出现和发展,引发了仪表行业的一次新的革命,网络化仪表作为一种新兴的产品在工控行业中的作用越来越重要,所以,网络化仪表的研究也成为了当前的一个热点。本课题在自己搭建的多通道温度采集电路的基础上展开对CAN通信的研究,使得所设计的模块具有CAN网络通信功能。因此,本课题的主要工作分为两部分,一部分为设计多通道温度采集电路；另一部分为CAN网络通信功能的研究。多通道温度采集电路又分为两部分：主板和采集板。主板主要负责数据处理和CAN网络通信功能,而采集板主要负责多通道热电偶信号的采集,这样做的好处是便于其他模拟量采集模块的开发。因为主板为通用模块,我们可以只设计采集板,就可以完成其他模拟量采集模块的设计。主板中,控制器采用MICROCHIP公司的PIC24HJ128GP506单片机,其内嵌CAN控制器,并且可以采用高效的DMA访问方式,节省了CPU资源,CAN收发器采用MCP2551, CAN通信和单片机间的隔离采用IS07221。多通道之间的隔离采用AQW214光耦继电器,单通道热电偶信号经过30mV电压抬升后,接到四选一多路开关ADG1204两路上,其它两路分别接30mV参考和地,通过多路开关定时依次切换通路,就可以对这四路信号进行采样,通过在单片机内部进行运算处理获得真实信号值。放大电路采用两级,第二级利用数字电位器AD5245实现变增益。外扩兼容SPI接口的16位高速A/D。具有本地显示功能。整个模块采用24V网络供电,内部通过开关电源模块变换出隔离电源,分别给单片机电路和通信电路供电。根据模块特点,制定了具体的CAN应用层协议。该模块可以实现以下功能：通过CAN网络把模块配置为单通道采集工作模式或者多通道顺序采集模式；在线设置通信参数和报警参数等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 课题主要工作内容
• 第2章 CAN技术介绍
• 2.1 CAN技术概述
• 2.2 CAN技术规范
• 2.2.1 CAN物理层
• 2.2.2 CAN数据链路层
• 2.3 关于CAN技术相关问题的思考
• 第3章 节点总体设计
• 第4章 节点硬件设计
• 4.1 控制器选型
• 4.1.1 控制器集成ECAN模块介绍
• 4.1.2 控制器DMA功能
• 4.1.3 控制器相关电路设计
• 4.2 模拟信号采集电路设计
• 4.2.1 多通道间的隔离输入设计
• 4.2.2 电平抬升电路设计
• 4.2.3 多路选通设计
• 4.2.4 变增益电路设计
• 4.2.5 A/D转换电路设计
• 4.2.6 冷端温度补偿设计
• 4.3 CAN通信接口设计
• 4.3.1 CAN接口器件选型
• 4.3.2 CAN通信的电气隔离
• 4.3.3 CAN接口电路设计
• 4.4 LCD显示部分设计
• 4.5 供电电源设计
• 第5章 节点软件设计
• 5.1 主程序设计
• 5.2 节点初始化子程序设计
• 5.2.1 控制器时钟初始化子程序
• 5.2.2 ECAN模块初始化子程序
• 5.2.3 DMAO、DMA2初始化子程序
• 5.2.4 采集模块通道增益设置子程序
• 5.2.5 LCD初始化子程序
• 5.2.6 两次MAC ID重复检测子程序
• 5.3 节点功能子程序设计
• 5.3.1 参数配置中断子程序
• 5.3.2 温度采集与处理
• 5.3.3 LCD显示子程序
• 5.3.4 CAN报文组装发送子程序
• 第6章 CAN应用层协议
• 6.1 信息标识符分配
• 6.1.1 信息标识符分配原则
• 6.1.2 物理量类型
• 6.1.3 信息标识符结构
• 6.1.4 信息优先权分配
• 6.2 应用层信息帧格式
• 6.3 数据交换方法
• 6.4 报文滤波机制的利用
• 6.5 协议实验
• 第7章 系统调试
• 7.1 系统调试思路
• 7.2 调试工具介绍
• 7.2.1 主要调试工具
• 7.2.2 MPLAB调试环境介绍
• 7.2.3 9810卡调试助手介绍
• 7.3 系统调试过程及注意事项
• 7.4 测量数据分析
• 第8章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢