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工程机械智能控制以太网CAN总线转换器设计

2020-12-15阅读(848)

工程机械智能控制以太网CAN总线转换器设计

论文摘要

近年来,随着通信技术、网络技术与控制技术的迅猛发展,引发了一场工业控制领域深刻的变革。控制局域网CAN以实时性好、可靠性高、分布式等特点,在工业生产过程中广泛使用,但不适合远距离传输。而以太网自从诞生以来获得了巨大发展并成为当前主流的远程数据传输技术,具有传输速度快,距离远等优点。本课题来源于863课题工程机械智能控制器项目,PLC编程环境采用MULTIPROG,默认采用以太网完成PLC程序的下载与在线调试,而控制器需要通过CAN总线来下载PLC程序。在这样的背景下,为了实现以太网与现场总线两个异质网络互连来完成PC机与控制器间的通信,本文提出了连接以太网与CAN总线两个网络的转换器设计方案。本文首先研究了以太网与CAN总线技术的工作原理、嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ及其移植;然后深入分析了以太网CAN总线转换器的延时特性,并针对影响转换器延时的主要因素提出了转换器内部以太网数据包与CAN数据帧之间拆分、组装算法以及队列管理机制,并给出了转换器需要实现的功能和以太网与CAN总线互连模型;最后基于ARM9的微控制器STR912为硬件平台,以嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ为软件平台,设计了以太网与CAN总线协议转换算法以及以太网与CAN总线通信程序,特别是CAN总线通信程序采用循环队列缓存建立数据通道,并通过队列管理机制管理CAN队列缓存,实现该以太网CAN总线转换器。经过实验测试,该转换器能够在PC机与控制器之间实时转发数据。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 引言
  • 1.1 研究背景与意义
  • 1.2 国内外现状
  • 1.2.1 以太网发展现状
  • 1.2.2 现场总线发展现状
  • 1.2.3 以太网CAN 总线互连的发展现状
  • 1.3 主要研究内容
  • 1.4 章节安排
  • 第二章 以太网和CAN 总线技术
  • 2.1 以太网技术
  • 2.1.1 以太网特点
  • 2.1.2 CSMA/CD 技术
  • 2.1.3 以太网帧结构
  • 2.1.4 队列管理机制
  • 2.2 CAN 总线技术
  • 2.2.1 CAN 总线概述
  • 2.2.2 CAN 总线特点
  • 2.2.3 CAN 总线的工作原理
  • 2.2.4 CAN 总线的分层结构
  • 2.2.5 CAN 帧格式
  • 2.2.6 CAN 帧类型
  • 2.3 本章小结
  • 第三章 嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ 及移植
  • 3.1 嵌入式操作系统uC/OS-Ⅱ 简介
  • 3.2 uC/OS-Ⅱ 的移植条件
  • 3.3 uC/OS-Ⅱ 的软硬件体系结构
  • 3.4 uC/OS-Ⅱ 的移植
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 转换器延时特性分析及总体方案设计
  • 4.1 转换器延时特性分析
  • 4.1.1 以太网延时
  • 4.2.2 CAN 总线延时
  • 4.2 转换器架构及功能设计
  • 4.3 网络互连模型
  • 4.4 转换器硬件方案
  • 4.5 转换器软件设计方案
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 转换器详细软件设计与实现
  • 5.1 协议转换程序
  • 5.1.1 以太网转CAN 总线
  • 5.1.2 CAN 总线转以太网
  • 5.2 以太网通信程序设计
  • 5.3 CAN 总线通信程序设计
  • 5.3.1 CAN 总线初始化程序
  • 5.3.2 CAN 总线发送程序
  • 5.3.3 CAN 总线接收程序
  • 5.4 uC/OS-Ⅱ 任务设计
  • 5.5 队列管理机制
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 系统测试与实验结果
  • 6.1 测试方案与工具
  • 6.2 系统测试
  • 6.3 实验结果
  • 6.4 本章小结
  • 第七章 总结与展望
  • 7.1 总结
  • 7.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A 攻读硕士期间发表的论文和参加的主要科研项目
  • 大摘要

    • 相关论文文献

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