基于CAN总线的超声波风速测量系统

论文摘要

风,作为气象环境中最活跃的因素,对战争的胜败,武器性能的发挥有着举足轻重的影响。风能的利用,也要求人们对风速资源进行长时间的准确监测。当前,风速测量的仪器主要有热线式、热膜式、以及风杯式三种。这几种原理的风速仪测量精度低、范围小、测量周期长、持续工作时间短,且测量结果易受外部环境因素的影响。因此不能满足高效、快速、准确的现代化军事和长时间工作、智能化数据处理的风场监测的需求。论文对超声波用于风速测量的可行性进行了分析,提出了测量原理和测量方法;在风速测量传感器的基础上,设计主机控制系统,实现了风速数据的自动采集、显示、以及与终端设备显控台之间的通讯。具体研究如下:根据要求提出系统设计的总体方案,简要介绍本课题所用到的CAN总线的特点和技术规范,以及RS485总线的特点。阐述了风速测量原理和测量方法,设计基于高速、大功率晶体管的多级推挽电路,进行超声波信号的驱动;介绍超声波接收、检测、以及信号调理电路,实现了超声波在风速测量系统中的应用。设计主机控制系统的RS485通讯电路,CAN总线通讯电路,数码管显示电路以及其它辅助电路。编写基于IAR Embedded Workbench开发环境下的主机控制系统软件,编制部分重要工作过程的流程图。对系统整体进行软、硬件调试,并进行性能和功能实验。检验风速测量的精度,测试各人机接口、数码管显示以及CAN总线的数据发送和接收的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 超声波在工业生产中的应用
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 系统方案设计
• 2.1 设计指标
• 2.1.1 技术指标要求
• 2.1.2 功能指标要求
• 2.1.3 供电与功耗要求
• 2.1.4 电气接口
• 2.2 系统的方案设计
• 2.2.1 总体方案设计
• 2.2.2 主机控制系统的方案设计
• 2.3 超声波风速测量的研究
• 2.3.1 测量原理
• 2.3.2 测量应用
• 2.3.3 风速的计算方法
• 2.4 CAN总线通讯
• 2.4.1 CAN总线的特点
• 2.4.2 CAN技术规范
• 2.4.3 报文传输
• 2.5 RS485总线通讯
• 2.6 本章小结
• 第3章 传感器部分硬件电路设计
• 3.1 超声波换能器的选择
• 3.2 超声波驱动电路设计
• 3.2.1 超声波驱动电路
• 3.2.2 超声波驱动信号的精确实现
• 3.3 超声波接收电路设计
• 3.4 信号检测电路设计
• 3.4.1 信号检测原理
• 3.4.2 信号有效性检测
• 3.4.3 信号自动增益控制
• 3.4.4 逻辑控制和计数
• 3.5 本章小结
• 第4章 主机控制系统设计
• 4.1 电源电路设计
• 4.2 RS485总线通讯电路设计
• 4.2.1 MAX485芯片介绍
• 4.2.2 MAX485应用电路设计
• 4.3 CAN总线通讯电路设计
• 4.3.1 控制器电路设计
• 4.3.2 驱动器电路设计
• 4.3.3 光电隔离电路的设计
• 4.4 数码管显示电路设计
• 4.4.1 MAX7221芯片介绍
• 4.4.2 显示电路设计
• 4.5 其它电路设计
• 4.5.1 主控芯片ATmega128简介
• 4.5.2 ATmega128应用电路
• 4.6 本章小结
• 第5章 主机系统软件设计
• 5.1 系统总体软件设计
• 5.2 CAN通讯程序设计
• 5.2.1 SJA1000的初始化
• 5.2.2 CAN数据的发送
• 5.2.3 数据的接收
• 5.2.4 数据的处理
• 5.3 数码管显示程序设计
• 5.4 其它工作流程
• 5.4.1 按键扫描流程
• 5.4.2 测量流程
• 5.4.3 风速计算处理流程
• 5.5 本章小结
• 第6章 实验测试
• 6.1 主机按键功能测试
• 6.2 显控台与主机通讯测试
• 6.3 测量精度实验
• 6.4 振动、冲击实验
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录