基于CAN总线的分布式温室监控系统研究

论文摘要

随着计算机软硬件技术、电子技术、传感器技术的高速迅猛发展,大规模集成电路、高速数字处理芯片的广泛应用,总线技术的不断发展,现场总线的控制逐渐由集中式,迅速向分布式方向发展。近几年现场总线技术在我国得到非常广泛的应用。尤其是CAN总线技术,由于其优越的性能、极高的可靠性及低廉的价格,是国际上应用最广泛的现场总线之一。因此,对CAN现场总线技术的研究也成为现代通讯技术发展的一个重要课题。同时,温室技术是一种高效的农业设施(依靠温室技术,可以控制作物生长,达到农作物高产、优质、高效的目标,实现以较少的土地去养成活较多的人口的目标)。为适应我国“科技兴国”的国策,深入研究总线技术在温室技术领域的应用是极具现实意义的。本文首先对国内外温室环境监控系统的研究及应用现状进行介绍,接着从温室环境监控系统的设计需求出发,通过对几种现场总线进行分析,提出采用CAN总线作为通讯方式,并在帧结构上采用CAN2.0技术规范,实现了系统通讯协议的设计。本文研究的基于CAN总线温室监控系统主要由监控设备、监控子系统、监控主机和上位PC机等几部分构成,监控设备为待监控的设备,监控子系统主要完成对监控设备的数据收集,并将收集到的数据通过CAN总线发送到监控主机,由监控主机处理好后发送给上位PC机。本设计以集成CAN总线控制器的PIC18F4580单片机作为系统的主控制器,简化了系统的硬件和软件设计,系统硬件电路部分主要包括:系统供电电路、数字量输入/输出电路、模拟量输入电路、主控CPU及数据采集电路、CAN总线接口电路、数据显示电路、RS232与外围通讯接口电路等几个部分;在系统的软件设计部分,主要介绍了主程序流程、CAN总线通讯流程、数据采集和处理流程和告警处理流程;论文还讨论了系统使用中主要干扰渠道及其相应的防护措施,并给出了几种提高系统容错能力的措施,同时结合软件抗干扰措施有效提高了系统的抗干扰能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 项目研究的背景及意义
• 1.2 温室环境监控系统国内外研究现状
• 1.2.1 国外温室环境监控系统的研究现状
• 1.2.2 国内温室环境监控系统的研究现状
• 1.2.3 温室环境监控系统的发展趋势
• 1.3 本文研究的内容及创新点
• 1.4 本文结构安排
• 第二章 分布式网络监控系统和CAN总线的介绍
• 2.1 分布式监控系统
• 2.2 现场总线技术
• 2.3 通讯总线方案比较及选择
• 2.3.1 方案一: RS-485
• 2.3.2 方案二: 电力载波
• 2.3.3 方案三: CAN总线
• 2.4 CAN总线介绍
• 2.4.1 CAN总线简介
• 2.4.2 CAN总线的终端通讯网
• 2.4.3 CAN标识符分配
• 2.4.4 协议设计
• 2.4.5 参数类型编码
• 第三章 温室环境监控系统总体设计方案
• 3.1 温室环境的温度参数分析
• 3.2 温室环境监控总体设计思路
• 3.3 温室环境监控的基本功能
• 第四章 温室环境监控系统硬件电路设计
• 4.1 温室环境监控层的系统组成
• 4.1.1 通用温室环境现场监控终端
• 4.1.2 温室环境网络监控终端
• 4.2 系统供电模块
• 4.3 CPU主控及数据采集模块
• 4.4 CAN接口通信模块
• 4.5 RS232接口电路
• 4.6 数据显示模块
• 4.7 硬件调试
• 第五章 温室环境监控系统程序设计
• 5.1 主程序流程
• 5.2 定时中断程序
• 5.3 按键处理程序流程
• 5.4 CAN总线通讯流程
• 5.4.1 CAN总线通讯发送模块
• 5.4.2 CAN总线通讯接收模块
• 5.5 数据采集处理流程
• 5.6 告警处理流程
• 5.7 软件调试
• 第六章 系统可靠性设计
• 6.1 主要干扰渠道
• 6.2 硬件防护措施
• 6.3 软件抗干扰设计
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢