基于现场总线的节水灌溉系统设计与研究

摘要

本文阐述了人类所面临的水危机以及在农业灌溉方面必须进行节水灌溉的紧迫性。在此基础上，结合我国国情，紧紧围绕经济性、实用性和新颖性三大特性要求对农业节水灌溉自动化系统进行了研究，并最终确定使用PC机作为主控上位计算机、下位网络使用CAN现场总线来构建一套节水灌溉系统。 针对节水灌溉的特点以及灌溉自动化系统的要求，构建一个基于CAN总线的灌区现场通信网络，主要工作内容是设计了一块上位主控计算机与下位CAN总线网络的转换接口模块，以及一块根据农田现场而设计的CAN节点模块；同时设计了CAN总线系统的基本通信协议；在此基础上，进而架构了上位主控计算机的软件系统。转换接口模块采用RS232串行通信口与上位主控计算机通信，采用CAN总线控制器SJA1000和总线驱动器82C250作为CAN网络的接口。田间CAN节点模块同样采用了SJA1 000和82C250作为CAN网络接口，同时采用ADC0809这种8位的AD转换芯片配置了田间数据采集接口，采用TLP521系列光隔和型号为946-1C-5D的继电器配置了设备驱动接口。为满足灌区通信的要求，制定编写了本设计系统的基本通信应用层协议，上位主控计算机软件系统采用Delphi进行开发，底层数据库系统采用MySQL这一开源软件。 在本灌溉系统软硬件设计、和调试通过的基础上，在广州市农业技术推广中心进行了田间实地的灌溉试验，结果表明，所设计的系统方案和所采用的CAN总线技术是可靠、可行的。本灌溉系统软硬件的初步构建，将为后续的灌溉系统完善和改进工作打下了良好的基础。

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1水资源的使用概况与农业用水

1.1.1世界淡水资源利用概况与农业用水概况

1.1.2我国淡水资源利用概况与农业用水概况

§1.2节水灌溉的紧迫性

§1.3课题的提出

1.3.1节水灌溉自动化国内外概况

1.3.2课题的提出

§1.4论文内容的安排

第二章基于CAN总线的灌溉系统总体设计

§2.1农田灌溉对现场总线的要求及选择

2.1.1什么是现场总线

2.1.2 FCS的优点说明其能优化农田灌溉自动化

2.1.3几种现场总线的比较

2.1.4农田灌溉的要求及对CAN总线的选择

§2.2基于CAN总线的灌溉系统总体设计

2.3.1 CAN总线的技术性能

2.3.2灌区、农场自动控制系统需求及基本功能模块

2.3.3灌溉系统总体设计

§2.3本章小结

第三章灌溉系统硬件设计

§3.1 PC-CAN接口模块的硬件设计

3.1.1接口模块结构框图与功能模块设计

3.1.2主要芯片介绍与选型

3.1.3接口电路设计

§3.2田间节点的硬件设计

3.2.1检测接口电路

3.2.2驱动电路

§3.3本章小结

第四章灌溉系统下层软件设计

§4.1 CAN协议及相关运行机制

4.1.1报文格式

4.1.2 CAN节点的工作状态

4.1.3 CAN节点的监听总线机制

§4.2应用层协议设计

4.2.1扩展帧格式

4.2.2协议设计

§4.3初始化设置

4.3.1单片机的初始化

4.3.2 SJA1000的初始化

§4.4 PC-CAN接口模块程序设计

4.4.1PC-CAN接口模块主控程序

4.4.2 RS232接口的收发程序

4.4.3 CAN接口的收发程序

§4.5田间节点程序设计

§4.6本章小结

第五章灌溉上位机软件系统设计

§5.1上位软件系统总体架构

§5.2上位灌溉决策软件

§5.3数据库模块

§5.4与下位CAN网络通信模块

§5.4本章小结

第六章系统调试与试验

§6.1 CAN通信系统的调试

6.1.1 AT89C51与SJA1000的连接

6.1.2 SJA1000控制器能否正常工作

6.1.3 CAN通信模块的测试

6.1.4节点间通信调试

§6.2灌溉试验

§6.3本章小结

结论与展望

一、本文所完成的工作与结论

二、展望

参考文献

攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢