基于LonWorks的机载智能分布控制网络数据采集系统研究

论文摘要

现场总线技术具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、造价和维护成本低等特点。该技术的出现解决了传统现场控制系统自身存在的无法克服的缺陷，使得构建高性能、高可靠的分布式工业控制监测系统成为现实。目前，它正以前所未有的速度在工业控制领域得到推广和应用。现场总线技术的迅速发展为飞行数据采集系统的发展提供了良好的机遇，同时也对我国当前水平较低的飞行数据测试技术提出了挑战。LonWorks技术作为几种有影响的现场总线技术之一，是一种开放的、可互操作的控制网络技术。它具有高可靠性、安全性、互操作性、易于实现和组网灵活等特点。这些特点使得LonWorks技术应用非常广泛。国外已经对LonWorks技术在航空领域中的应用展开了广泛的研究，然而LonWorks技术在国内尚处于起步阶段。本文参照LonWorks技术相关协议，结合机载测控技术的要求，设计并实现了一套智能分布控制网络数据采集系统，主要应用于飞机飞行参数的采集和处理，还可以应用于一些工业控制场合和智能楼宇控制等。该系统采用模块化设计，主从式结构，由一个网络管理节点和四个数据采集节点组成。网络管理节点负责网络运行控制、对四个数据采集节点进行配置、负责采集数据存储、PCM信号生成以及系统时控信号发送等。网络管理节点采用PC／104嵌入式计算机作为主控制器，并采用Microsoft Windows98操作系统，以支持LonWorks网络平台。四个数据采集节点分别采集飞行试验中的直流电压、热电阻、应变、频率计数等四类信号。节点之间采用LON总线通讯。LON总线的通信媒体为双绞线，通信速度为1.25Mbps。在四个数据采集节点中，以神经元芯片FT3150和微控制器C8051F064为核心，它们之间采用NeuroWire方式实现了全双工通信。在数字量节点中，频率，计数、周期的测量由CPLD来完成，达到了很高的测量精度。此外，系统还设计了标准的RS232接口，以利于系统功能的扩展。实验结果表明，系统满足了机载数据采集的速度要求和节点间的同步性要求，基本满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 机载数据采集研究现状与存在的问题
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文所做的主要工作
• 1.4 论文的结构
• 第二章 理论基础及背景技术
• 2.1 LonWorks现场总线技术
• 2.1.1 现场总线技术
• 2.1.2 LonWorks现场总线技术概述
• 2.1.3 LonWorks控制网络结构
• 2.1.4 Lonworks节点
• 2.1.5 LonTalk协议
• 2.1.6 神经元芯片
• 2.1.7 Neuron C编程语言
• 2.1.8 LonWorks开发工具
• 2.2 数据采集技术
• 2.2.1 数据采集的的基本概念
• 2.2.2 数据采集系统基本组成
• 2.2.3 数据采集系统的主要性能指标
• 2.2.4 微弱信号检测基础知识
• 第三章 系统设计
• 3.1 系统设计思想
• 3.2 系统功能设计
• 3.3 系统总体方案设计
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 数据采集节点设计
• 4.1.1 通信模块设计
• 4.1.2 主控模块设计
• 4.1.3 信号调理模块设计
• 4.2 网络控制管理节点设计
• 4.2.1 网络控制管理节点功能
• 4.2.2 网络控制管理节点的组成
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 系统软件功能设计和总体结构设计
• 5.2 网络控制管理节点软件设计
• 5.2.1 上位机数据采集软件总体设计
• 5.2.2 PCM输出软件设计
• 5.2.3 PCM输出的软件操作过程
• 5.3 数据采集节点软件设计
• 5.3.1 通信模块软件设计
• 5.3.2 通信模块与主控模块接口软件设计
• 5.3.3 主控模块软件设计
• 5.3.4 数字信号调理软件设计
• 5.3.5 采集速度
• 第六章 系统采集精度与试验数据处理
• 6.1 系统的运行介绍
• 6.2 系统的采集精度
• 6.2.1 系统的测试环境
• 6.2.2 四个信号采集节点的采集精度
• 6.2.3 实验结果分析
• 6.3 试验数据处理
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文的工作总结
• 7.2 后续工作以及应用前景展望
• 7.2.1 后续工作
• 7.2.2 应用前景展望
• 参考文献
• 附录
• 附录1 主控模块与通信模块通信的源程序
• 附录2 通信模块Neuron C的源程序
• 附录3 PCM软件接口函数
• 附录4 铂热电阻PT100分度表
• 致谢
• 硕士期间发表的论文