基于CAN总线的拖拉机虚拟仪表系统研究

论文摘要

随着科学技术的不断更新和发展,促进了农业机械实现自动化、智能化、GPS导航和远程控制等农业现代化的进程。特别是电子技术和计算机技术的快速发展及其在拖拉机上的应用,提高了拖拉机的运行性能和工作能力。国外已经在拖拉机上运用电子传感技术、计算机信息处理系统和液晶数字虚拟显示技术等先进技术进行相应的研究和开发,CAN总线技术在拖拉机上的应用也日趋成熟。但在国内,CAN总线技术和虚拟仪器技术在拖拉机上的应用和研究尚处于探索阶段。针对目前拖拉机传统仪表的局限性,本文提出了一种基于CAN总线的拖拉机虚拟仪表系统。该系统结合CAN总线技术和虚拟仪器技术,旨在改变拖拉机的数据通信方式和仪表显示方式,同时也为今后在拖拉机上进行更多的相关研究和应用提供参考。根据由美国农业工程部提出的用于农业机械方面的应用层协议SAEJ1939,定义了拖拉机CAN总线网络结构和应用层协议,并以此提出了基于CAN总线的拖拉机虚拟仪表系统的总体设计方案。介绍了虚拟仪器技术及其相应的软件开发平台,确定了虚拟仪表软件的开发平台和原则,提出了该软件的总体设计流程。根据总体设计的要求及CAN总线的要求和特点,进行了相应的硬件设计和软件设计。选用自带CAN控制器的单片机C8051F040、CAN收发器PCA82C250和光电隔离耦合器6N137等为核心器件设计拖拉机CAN总线网络的硬件结构,该结构包括发动机系统节点电路和仪表显示节点电路。然后在硬件结构的基础上,编制了CAN各节点的应用程序,从而完成该系统CAN模块的设计部分。根据虚拟仪器技术的要求和特点,设计了虚拟仪表系统的软件开发流程,采用图形化编程语言LabVIEW进行虚拟仪表系统软件的开发,设计了虚拟仪表系统显示界面的技术路线,并结合人机工程学的原理,完成了虚拟仪表系统的界面设计和程序编制。结合总体设计方案,设计了CAN节点电路的通信试验和拖拉机共轨柴油发动机系统的虚拟仪表显示试验。将发动机节点电路与CAN分析仪、波形发生器等连接组成通信试验平台,该试验实现了节点间的数据通信,验证了所设计的CAN节点电路的可靠性。由数据采集卡和共轨柴油发动机系统台架、工控机等器件连接组成的虚拟仪表显示试验平台,该试验平台采集并显示发动机转数信号,通过对试验结果的比较和分析,所设计的虚拟仪表系统的显示误差基本上都在试验误差允许的范围内,从而验证了虚拟仪表显示系统的可行性和优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究背景
• 1.2 研究内容和研究意义
• 1.2.1 研究内容
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 重点和难点
• 1.4 本章小结
• 参考文献
• 第二章 基于CAN总线的拖拉机虚拟仪表系统总体设计
• 2.1 总体结构设计
• 2.1.1 拖拉机的CAN总线结构
• 2.1.2 拖拉机虚拟仪表系统的总体结构设计
• 2.2 拖拉机虚拟仪表系统的CAN模块设计
• 2.2.1 拖拉机CAN总线的特点
• 2.2.2 CAN总线的ID码分配
• 2.3 拖拉机虚拟仪表系统的虚拟仪表软件设计
• 2.3.1 虚拟仪器技术
• 2.3.2 虚拟仪表显示软件的设计原则
• 2.3.3 虚拟仪表软件总体设计
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 基于CAN总线的拖拉机虚拟仪表系统硬件设计
• 3.1 硬件结构
• 3.2 发动机系统节点电路
• 3.2.1 CAN接口电路
• 3.2.2 ID设置电路
• 3.2.3 外围辅助电路
• 3.2.4 信号调理电路
• 3.3 仪表显示节点电路
• 3.4 硬件干扰
• 3.4.1 电源的抗干扰措施
• 3.4.2 总线及各节点接口的抗干扰措施
• 3.4.3 PCB设计时的抗干扰措施
• 3.5 小结
• 参考文献
• 第四章 基于CAN总线的拖拉机虚拟仪表系统软件设计
• 4.1 CAN模块应用程序设计
• 4.1.1 CAN节点主程序
• 4.1.2 CAN各模块源程序
• 4.2 虚拟仪表软件设计
• 4.2.1 基本信息显示
• 4.2.2 作业信息显示
• 4.2.3 系统说明
• 4.3 软件调试
• 4.3.1 CAN模块程序调试
• 4.3.2 虚拟仪表系统软件调试
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 CAN节点电路试验与虚拟仪表系统显示试验
• 5.1 CAN节点通信试验
• 5.1.1 电气参数测试
• 5.1.2 发动机系统节点通信试验
• 5.2 基于共轨柴油机电控系统的虚拟仪表显示试验
• 5.2.1 共轨柴油机电控系统
• 5.2.2 转速传感器及光电式转速计
• 5.2.3 试验平台
• 5.2.4 试验及结果分析
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 研究生期间撰写发表的论文