基于虚拟仪器技术和CAN总线的监测系统设计

论文摘要

随着计算机技术、通信技术、控制技术及工业技术的发展,工业控制领域逐渐向信号数字化、控制智能化、通信网络化的开放式系统方向发展。现场总线与虚拟仪器技术在工业控制领域的应用越来越广泛。本文以虚拟仪器和现场总线技术为基础,设计了控制器局域网CAN总线与虚拟仪器技术相融合的监测系统,该系统借助于CAN总线技术,可以实现分布式监测,使得虚拟仪器技术可应用于大型的监测系统。同时,本文设计了一种工业CAN总线应用层协议,开发了下位机与上位机通信的CAN总线驱动程序,并利用LabVIEW实现了CAN总线的应用层协议及上位PC机CAN总线通信接口程序,系统结合了虚拟仪器技术和现场总线技术,虚拟仪器技术的核心就是LabVIEW软件,集成了设计、控制和测试各阶段的功能,是目前测控系统开发最强大的开发平台。本文以实际项目“旋转机械智能监控保护系统”为基础,采用C8051F060芯片作为下位机的主控制芯片,以CAN总线作为上位PC机与下位机通信的总线,通过CAN232MB智能接口卡与上位PC机进行通信,开发了基于SiliconLaboratories IDE集成开发环境和C语言的下位机CAN总线通信驱动程序和基于LabVIEW的上位PC机CAN总线监测软件系统,以对通信数据进行采集和管理。下位机主要负责现场数据的采集和转换,并与上位机进行CAN通信,上位PC机监测软件系统主要对各个下位机的数据进行采集和管理,并对下位机的工作状态进行监控。本文首先对课题的选题背景作了简单叙述,阐述了本课题的研究目的、意义和国内外研究的现状,然后对现场总线技术和虚拟仪器技术进行论述,从而为后续的研究奠定理论基础,接着深入探讨了监测系统的构建,其中包括硬件环境的搭建、下位机CAN总线应用层协议设计、下位机与上位PC机通信的CAN总线通信驱动程序的设计以及上位PC机监测软件的设计,对监测系统的通信协议设计与实现部分进行了重点分析,并简要介绍了现场监测数据的数据管理方法,文章最后对课题所作的工作进行了总结和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与课题来源
• 1.2 监测技术及监测方法研究概况
• 1.3 课题研究的监测系统总体架构
• 1.4 本文主要研究内容与创新点
• 第2章 现场总线和虚拟仪器技术
• 2.1 现场总线技术
• 2.1.1 现场总线的概念
• 2.1.2 现场总线网络体系结构
• 2.1.3 几种有影响的现场总线
• 2.1.4 CAN现场总线技术规范概述
• 2.2 虚拟仪器及其软件平台LabVIEW简介
• 2.2.1 虚拟仪器及其构成
• 2.2.2 图形化编程语言LabVIEW简介
• 第3章 监测系统的硬件系统构建
• 3.1 监测系统的设计目标
• 3.2 现场数据采集节点的硬件选择
• 3.2.1 C8051F060单片机
• 3.2.2 RS-232C接口电路
• 3.2.3 CAN总线接口电路
• 3.3 CAN-232节点的设计
• 3.4 串口设备节点接入CAN总线的网络方案
• 第4章 监测系统的下位机软件设计
• 4.1 下位机的数据通信
• 4.2 CAN总线通信设计
• 4.2.1 CAN总线应用层通信协议设计
• 4.2.2 CAN系统初始化程序
• 4.2.3 CAN报文的接收与发送
• 第5章 上位PC机监测软件设计
• 5.1 上位PC机监测软件功能概述
• 5.2 上位PC机监测软件总体设计
• 5.3 上位PC机通信程序设计
• 5.3.1 上位PC机通信程序的实现方法
• 5.3.2 CAN数据帧生成程序的设计
• 5.3.3 串口通信程序设计
• 5.3.4 响应帧解析模块的程序设计
• 5.4 上位PC机监测系统数据管理设计
• 5.4.1 监测系统数据库设计
• 5.4.2 LabVIEW访问数据库的方法及LabSQL包
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A:攻读硕士学位期间公开发表的论文