工程机械控制器的设计与实现

论文摘要

随着国民经济的不断发展,基础设施建设工程量不断加大,从而带动了工程机械需求量不断增加。目前我国在役的工程机械总量已达300多万台,庞大的市场供应量为各个基础项目建设提供了强有力的支撑,保障了我国经济的持续繁荣发展。工程机械控制器作为工程机械的控制核心,它通过采集安装在车身各个部位的传感器信息,感知整车的工作状态,由内部算法控制执行用户的实际操作,来达到预期的运动目标。传统控制器只是按照用户的要求简单的完成相应的操作,无法对设备运行状态进行监控及报警,系统灵活性差,后期维护升级比较困难,很难满足复杂作业环境下的功能需求。在如今市场环境下,控制器的性能好坏直接影响到工程机械的工作性能,对提高工程机械的竞争力起到至关重要的作用。本文针对传统工程机械控制器不能满足现在技术要求的问题,结合工程机械现有控制器的发展技术和需求,设计研究了基于ARM微控制器和CAN总线技术的新型控制器。该控制器基于嵌入式系统硬件平台,能够完成对数字量、模拟量、脉冲量等信号的采集和输出。控制器采用CAN总线与其它车载设备进行信息交互,并成功将CANopen协议应用到系统中,拓宽了控制器的应用面。同时,为了解决工程机械在现场条件下软件维护和升级困难的问题,研究了基于串口的在线升级技术,给系统的升级带来了极大的方便。本文结合实际应用,详细介绍了该工程机械控制器的设计实现方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 论文结构安排
• 2 系统总体设计
• 2.1 系统功能需求
• 2.2 系统总体设计
• 2.2.1 重点问题
• 2.2.2 总体设计
• 2.3 系统设计指标
• 2.4 本章小结
• 3 CAN总线及CANopen协议分析
• 3.1 CAN总线简述
• 3.2 CANopen协议分析
• 3.2.1 CANopen协议概述
• 3.2.2 CANopen设备模型
• 3.2.3 CANopen标识符分配
• 3.2.4 CANopen对象字典
• 3.2.5 CANopen通信对象
• 3.3 CANopen国内外发展现状
• 3.4 本章小结
• 4 工程机械控制器硬件设计
• 4.1 硬件结构总体设计
• 4.2 电源模块设计
• 4.3 微控制器模块设计
• 4.3.1 微控制器选型
• 4.3.2 时钟电路设计
• 4.3.3 复位电路设计
• 4.3.4 程序烧写与调试电路设计
• 4.4 数据采集/输出模块设计
• 4.4.1 开关量电路设计
• 4.4.2 模拟量电路设计
• 4.4.3 脉冲量电路设计
• 4.4.4 温度测量电路设计
• 4.5 存储模块设计
• 4.5.1 NorFlash电路设计
• 4.5.2 SDRAM电路设计
• 4.6 CPLD模块设计
• 4.7 通信模块设计
• 4.7.1 RS232通信接口
• 4.7.2 CAN通信接口
• 4.8 本章小结
• 5 工程机械控制器软件设计
• 5.1 软件总体设计
• 5.2 数据采集模块程序实现
• 5.2.1 开关量采集
• 5.2.2 模拟量采集
• 5.2.3 脉冲量采集
• 5.2.4 温度采集
• 5.3 CAN驱动程序及滤波实现
• 5.3.1 CAN驱动程序
• 5.3.2 CAN硬件滤波
• 5.4 CANopen从站协议栈程序实现
• 5.4.1 CANopen协议栈整体流程
• 5.4.2 对象字典的建立
• 5.4.3 NMT状态机实现
• 5.4.4 PDO通信
• 5.4.5 SDO通信
• 5.4.6 Heartbeat报文
• 5.5 CPLD程序实现
• 5.6 串口在线升级实现
• 5.6.1 UART驱动程序
• 5.6.2 在线升级程序实现
• 5.7 本章小结
• 6 系统测试分析
• 6.1 温度采集测试
• 6.2 CANopen通信测试
• 6.3 串口在线升级测试
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录