基于CAN总线的拖拉机电液悬挂控制系统研究

论文摘要

CAN总线是目前流行的总线技术之一,是一种基于微控制器的网络。CAN总线具有多主工作方式、传输速度快、距离远、自动解决总线竞争、自动重发功能、纠错能力强等特点,并已被广泛应用到汽车工业、自动控制、航空航天、过程控制、机械工业、纺织机械、机器人、数控机床、农用机械、医疗器械等领域。通过广泛查阅国内外拖拉机电液悬挂系统发展文献,以及CAN总线在农业机械上应用现状的资料,本文针对拖拉机液压悬挂系统部分的特性,提出了基于CAN总线的拖拉机电液悬挂控制系统。文中首先介绍了拖拉机悬挂系统和CAN总线的发展情况,说明了本课题的研究内容及其意义。接着针对CAN总线的特点,重点研究分析了CAN协议的分层结构、技术规范、报文发送、帧结构、物理层以及CAN总线的错误处理等。然后是对拖拉机电液悬挂控制系统进行了分析,推导出了拖拉机电液悬挂液压控制系统的数学模型,并利用MATLAB仿真工具分析了采用PID控制策略对该被控系统的校正。最后以PIC16F877A单片机为核心,设计开发了电液悬挂系统的单片机控制器。其中在主控制器上主要实现采样、PID控制、CAN通讯、PWM信号和开关信号的输出控制等的功能;操作显示面板则实现采样、CAN通讯、四位LED显示、键盘扫描和处理功能。在单片机控制系统的设计开发过程中,硬件部分是利用PROTEL99SE软件设计出了电路原理和PCB板。软件部分借助于MPLAB集成开发环境软件包进行编程和离线仿真。本控制系统在试验室进行了部分试验,通过试验结果表明,本文设计的控制系统达到了一定的控制要求,具有较好的应用前景和推广价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题选择背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 拖拉机电液悬挂系统的研究现状
• 1.2.2 CAN现场总线在拖拉机应用研究现状
• 1.3 研究意义及主要工作
• 第二章 CAN总线技术规范与通信协议
• 2.1 CAN性能特点
• 2.2 CAN协议网络分层模型及拓扑结构
• 2.3 CAN协议报文帧结构及类型
• 2.4 CAN总线的错误处理
• 2.5 物理层
• 第三章 电液悬挂控制系统的数学模型及仿真分析
• 3.1 拖拉机电液悬挂控制系统的组成及工作原理
• 3.2 拖拉机电液悬挂控制系统数学模型的建立与分析
• 3.3 PID控制器设计
• 3.3.1 常规PID控制基本原理
• 3.3.2 数字PID控制
• 3.3.3 PID参数整定方法
• 3.4 拖拉机电液悬挂控制系统仿真分析
• 3.4.1 MATLAB简介
• 3.4.2 拖拉机电液悬挂控制系统仿真研究
• 第四章 拖拉机电液悬挂控制系统硬件设计
• 4.1 电液悬挂控制系统的总体概述
• 4.2 PIC16F877A单片机
• 4.3 模/数转换器ADC
• 4.4 CCP模块中的PWM模式
• 4.5 键盘与显示电路设计
• 4.5.1 键盘的设计
• 4.5.2 显示电路的设计
• 4.6 CAN通信硬件设计
• 4.6.1 CAN控制器MCP2510
• 4.6.2 CAN收发器PCA82C250
• 4.7 其他电路设计
• 4.7.1 复位电路
• 4.7.2 晶振电路
• 4.7.3 电磁溢流阀控制电路
• 4.8 硬件抗干扰设计
• 第五章 系统软件设计及实现
• 5.1 单片机调试及开发工具
• 5.2 软件设计
• 5.2.1 主程序设计
• 5.2.2 A/D子程序设计
• 5.2.3 PID控制子程序设计
• 5.2.4 PWM子程序设计
• 5.2.5 键盘子程序设计
• 5.3 CAN总线通讯
• 5.3.1 CAN通信协议制定
• 5.3.2 CAN总线通讯程序设计
• 5.4 软件抗干扰技术
• 第六章 电子控制单元实验研究
• 6.1 实验目的
• 6.2 实验设备
• 6.3 位调节实验
• 第七章 结论与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论
• 附录一 电路原理图
• 附录二 控制程序源代码