基于CAN总线工控现场数据采集处理系统的研制

论文摘要

在工业过程控制领域,计算机控制占主导地位。其阶段己从集中控制,集散控制发展到现场总线控制。现场总线是当今自动化领域技术发展的一个热点,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现,标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始,并对该领域的发展产生了重要的影响。控制器局域网CAN（Controller Aera Network）属于现场总线的范畴,CAN总线的数据通信具有极高的可靠性、实时性和灵活性的特点,是一种有效支持集散控制系统和实时控制的多主串行总线。CAN作为一种新兴的总线技术,具有高性能、高可靠性的特点,以其为基础构成的分布式网络方便、低成本地实现了工程实际要求。在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时,嵌入式系统开发技术也得到迅速发展,由于嵌入式系统具有体积小、功耗低、性能强、可靠性高,以及面向行业应用的突出特点,目前已经广泛地应用于军事国防、消费电子、网络通信、工业控制等各个领域。伴随着网络时代的来临在高端嵌入式应用中,32位微处理器的应用将成为主流,以ARM为内核的微处理器就是其中一种被广泛应用RISC（精简指令集计算机）芯片。本文概述了工业控制自动化技术和现场总线的产生、类型以及优点,并对其中的控制器局域网CAN（Controller Area Network）总线进行分析,论述了CAN总线的应用,结构及协议。依托一种基于CAN协议通信的嵌入式监控系统为研究对象,在ARM芯片可扩展的CAN接口基础上,构建CAN网络嵌入式智能监控节点,实现了节点与上位机的数据通信,提高了监控系统的实时性和可靠性,对其硬件和软件进行了描述,并介绍了相关的CAN器件。本文采用32位ARM7核的芯片LPC2290为主控制器,完成系统的硬件电路设计;系统引入了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ,实现在ADS编译环境下完成μC/OS-Ⅱ的移植,最后通过μC/OS-Ⅱ来完成任务调度;基于集成CAN控制器的ARM7芯片组建现场监控网络,充分发挥了32位控制器的优势,实现了基于ARM的CAN网络通信;最终完成工控现场数据采集系统的应用研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 工业控制自动化技术的概述
• 1.2.1 工业控制自动化概念及发展过程
• 1.2.2 工业控制自动化技术发展趋势
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 CAN 总线技术规范
• 2.1 现场总线技术概述
• 2.1.1 现场总线技术简介
• 2.1.2 流行的几种现场总线
• 2.2 CAN 总线简介
• 2.3 CAN 总线工作原理
• 2.3.1 CAN 的分层结构及功能
• 2.3.2 CAN 总线通讯协议
• 2.3.3 错误检测
• 2.3.4 自定义CAN 应用层
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统总体设计方案
• 3.1 系统的方案选择
• 3.2 系统的总体结构设计
• 3.2.1 硬件系统设计与实现
• 3.2.2 软件系统设计与实现
• 3.3 本章小结
• 第4章 硬件系统设计开发
• 4.1 数据采集模块
• 4.1.1 测温部分
• 4.1.2 测压部分
• 4.1.3 CAN 控制器
• 4.1.4 CAN 收发器
• 4.1.5 CAN 模块设计
• 4.2 数据处理模块
• 4.2.1 ARM7 微处理器
• 4.2.2 LPC2290 微处理器
• 4.2.3 LPC2290 系统电路设计
• 4.3 数据显示模块
• 4.3.1 LCD 接口电路设计
• 4.3.2 触摸屏接口电路设计
• 4.4 硬件抗干扰措施
• 4.5 本章小结
• 第5章 软件系统设计开发
• 5.1 选择μC/OS-Ⅱ的理由及其内核分析
• 5.1.1 选择μC/OS-Ⅱ的理由
• 5.1.2 μC/OS-Ⅱ的内核分析
• 5.2 μC/OS-Ⅱ在LPC2290 微处理器上的移植
• 5.2.1 μC/OS-Ⅱ的移植
• 5.2.2 基于μC/OS-Ⅱ建立自己的实时操作系统
• 5.2.3 LPC2290 的驱动程序
• 5.3 基于μC/OS-Ⅱ的应用软件设计
• 5.3.1 CAN 总线的驱动程序设计
• 5.3.2 数据采集设计
• 5.3.3 数据处理算法
• 5.3.4 数据显示设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 系统调试
• 6.1 系统硬件调试
• 6.1.1 液晶显示的调试
• 6.1.2 触摸屏控制器的调试
• 6.2 系统软件的调试
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢