基于CAN总线的工业现场数据采集系统设计

摘要

CAN总线作为一种成熟的现场总线,具有实时性高,可靠性强的特点。论文在原有CAN总线基础上进行改进,并提出了一种的基于CAN总线的工业现场数据采集系统。
　　针对CAN总线的分层结构,系统在CAN2.0B协议的基础上增加了传输层和应用层作为系统的通信协议。传输层针对CAN总线短帧传输的特点,定义了数据包的拆包发送和接收分片重组过程,应用层进行系统功能与协议的关联。物理层设计符合ISO11898定义规范。论文分析了现代工业现场数据采集技术的发展趋势,设计了一种由主控制器和分布式数据采集器构成的工业现场数据采集系统。结合工业现场传感器的输出信号特点,设计了一种通用性的模拟信号调理电路。该电路用作数据采集器的模拟前端,并在此基础上提出了一种基于环境温度的自适应校准策略,以进一步提高模拟信号的测量精度。数据采集器以Cortex-M3架构的微控制器为核心,FreeRTOS为软件系统平台,并通过软件设计实现了CAN总线传输层和应用协议。为了既满足CAN通信实时性要求又能提供良好的人机交互功能,主控制器采用了一种基于嵌入式Linux操作系统的设计方案,该方案硬件部分采用ARM11微控制器作为核心,针对系统需求设计了外围接口电路;主控制器软件部分设计主要完成了嵌入式Linux平台搭建,Linux驱动设计以及用户应用程序的功能性设计。
　　论文设计的数据采集系统测量精度高,实时性好,并且具有很强的扩展性。本设计达到了预期的目标,在工业现场数据采集领域具有很强的实用价值。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1. 1 课题背景和意义

1. 2 国内外现状和发展趋势

1. 3 论文研究内容及目标

1. 4 论文内容安排

2 CAN总线技术

2.1 CAN总线特点

2.2 CAN总线分层结构

2.3 CAN总线报文传输

2.4 CAN总线顶层协议设计

3 系统总体设计

3.1 CAN总线拓扑结构

3. 2 现场数据采集器总体设计

3. 3 主控制器总体设计

3. 4 传输层协议

3. 5 应用层协议

4 数据采集器设计

4. 1 模拟前端硬件设计

4. 2 模拟前端软件设计

4. 3 通信控制器硬件设计

4. 4 通信控制器软件设计

5 主控制器设计

5. 1 主控制器硬件平台

5. 2 主控制器软件设计

6 总结与展望

6. 1 总结

6. 2 展望

致谢

参考文献

附录1 硕士期间发表的论文