基于CAN总线工控现场数据采集处理系统的研制

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 Aera 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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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

5.1.2μC/OS-Ⅱ的内核分析

5.2μC/OS-Ⅱ在LPC2290微处理器上的移植

5.2.1μC/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