基于CAN总线的温度控制系统研究

论文摘要

计算机和微处理芯片的发展给自动控制领域带来了巨大的飞跃,由于计算机的精度高、速度快、存储量大和超强的逻辑判断能力使得人们可以应用比较复杂的控制算法实现控制功能,达到很好的控制效果,传统的集散式控制系统大多采用RS485总线来连接多个节点,这样挂载的节点数少而且随着节点数的增加通信效率降低,另外大多数的控制系统的控制下位机多采用8位或16位单片机,其运算速度、内存空间、存储器大小和通信效率等越来越不适应于现代控制的需求,很难达到高质量的控制效果。本文在研究自动控制原理、CAN总线通信机制的基础上,设计了基于CAN总线的温度控制系统,实现多节点控制。论文的主要工作总结如下：第一,以ARM处理器STM32F103作为控制的主体,设计实现了具有温度数据采集、LCD温度显示、算法控制执行机构、CAN通信等功能的下位机——节点温度控制器；第二,利用PC机上丰富的软硬件环境开发了串口通信、可视化界面、动态曲线显示等程序；第三,在PC端设计了基于89C51的RS232串口转CAN的通信模块,实现了PC跟下位机的CAN通信；第四,在控制算法上本文继承了PID算法简单有效的优点,并通过MATLAB仿真确定应用积分分离的PID控制策略；第五,系统调试与试验,得到较为满意的实验结果。实验证明该算法在温度变化缓慢的情况下,积分分离的PID消除了积分项的作用,减小了系统的超调量,起到保护执行机构大幅度变化的作用,系统的反应时间得到了提高,起到很好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 计算机控制系统概述
• 1.3 传统的温控系统
• 1.4 改进的温控系统
• 1.5 本文的章节安排
• 1.6 本章小结
• 2 计算机控制系统
• 2.1 本文的温控系统介绍
• 2.2 集散式控制系统和现场总线控制系统
• 2.2.1 集散式控制系统
• 2.2.2 现场总线的定义
• 2.2.3 现场总线的分类
• 2.3 CAN总线的概念及相关的协议
• 2.3.1 CAN总线的工作原理
• 2.3.2 CAN总线的优势
• 2.3.3 CAN的分层结构和通信协议
• 2.3.4 CAN报文的帧类型
• 2.3.5 CAN报文的滤波技术
• 2.4 本章小结
• 3 温度控制算法的研究
• 3.1 传统的PID控制
• 3.1.1 比例（P）控制
• 3.1.2 积分（I）控制
• 3.1.3 微分（D）控制
• 3.2 数字PID控制算法
• 3.2.1 位置式的PID控制算法
• 3.2.2 增量式的PID控制
• 3.3 数字PID控制算法的改进
• 3.3.1 积分分离的PID控制算法
• 3.3.2 其他的控制算法
• 3.4 本章小结
• 4 嵌入式智能节点设计
• 4.1 ARM微处理器STM32F103的研究
• 4.2 温度传感器的连接设计
• 4.2.1 DS18B20测温原理
• 4.3 CAN接口的连接设计（硬件）
• 4.4 CAN接口的软件设计
• 4.4.1 CAN初始化软件设计
• 4.4.2 CAN发送函数
• 4.4.3 CAN接收函数
• 4.5 LCD显示接口
• 4.6 协议转换器设计
• 4.6.1 CAN控制器SJA1000的连接设计
• 4.6.2 转换器的软件设计
• 4.7 本章小结
• 5 温控系统上位机的终端软件实现
• 5.1 串口通信
• 5.1.1 MSComm控件
• 5.1.2 界面通信软件实现
• 5.2 PC机上的界面显示
• 5.2.1 登陆界面
• 5.2.2 系统主界面
• 5.2.3 系统设置
• 5.2.4 智能节点选择
• 5.2.5 控制方法
• 5.3 温度曲线显示
• 5.4 实验的调试方法
• 5.5 本章小结
• 总结
• 致谢
• 参考文献