一种基于CAN接口的数字式控制手柄研制及其功能测试软件设计

摘要

本文在分析现代工程机械自动化、智能化、集成化的发展趋势基础之上,借鉴目前国外现代工程机械控制系统的特点,采用了一种以CAN(Controller Area Network)总线为基础的现代工程机械控制系统解决方案.结合实验室现有条件,本文以数字式控制手柄(简称数字手柄)为研究对象,对CAN总线环境下系统主要部分的硬件设计和软件设计进行了系统的研究,并成功地得以实现.文中首先综述了目前国内外现场总线和数字手柄的现状,分析了CAN总线所具有的特点与采用加速度传感器作为数字手柄的敏感元件在原理上的优缺点;然后详细介绍了CAN接口数字手柄的硬件和软件设计,并对系统的干扰源进行了分析,提出了相关解决措施;为了对数字手柄进行标定和性能测试,文中还设计了相应的功能测试软件,软件实现了对手柄的标定、操作模拟、数据分析等功能.针对自行研制的数字手柄本文设计了相应的功能性验证试验,并分别在实验室和工作现场进行了测试,试验数据表明,本数字手柄软硬件设计合理,达到了预期的目标.论文最后对振动和冲击工作环境下数字手柄的信号进行了研究,对比研究了ⅡR和FIR两种不同滤波器对手柄信号的过滤作用,分析了手柄上两轴信号之间的自相关和互相关关系,实现了利用周期图法和现代谱分析技术对手柄信号功率谱的分析,为进一步改善数字手柄对现场环境的适应性提供了基础.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

1.1问题的背景

1.2现场总线技术综述

1.2.1现场总线技术概述

1.2.2常用现场总线的简介

1.2.3 CAN总线的性能特点

1.3数字手柄的综述

1.3.1数字手柄的国内外现状

1.3.2自主开发数字手柄原理及优缺点分析

1.4论文的研究内容

第二章数字手柄的硬件设计

2.1数字手柄硬件的结构设计

2.1.1 PIC18F248简介

2.1.2 ADXL202加速度传感器的原理和使用

2.1.3 RS-232串行接口的设计

2.1.4 CAN总线接口的设计

2.2系统抗干扰分析与设计

2.2.1常见的干扰来源及耦合方式

2.2.2系统的干扰源分析

2.2.3系统硬件和软件抗干扰设计

2.3本章小结

第三章数字手柄的软件设计

3.1软件功能描述和总体流程

3.1.1软件功能描述

3.1.2软件总体流程图

3.2整系数FIR低通滤波器的分析、设计与算法实现

3.3基于CAN总线接口的节点用户协议研究

3.4基于串行通信的用户协议制定

3.5本章小结

第四章上位机测试与数据分析软件设计

4.1引言

4.2上位机测试与数据分析软件简介

4.3上位机测试与数据分析软件功能

4.4上位机测试与数据分析软件模块划分及其数据流程

4.5面向对象的应用程序开发

4.5.1面向对象程序开发与面向过程程序开发的比较

4.5.2上位机测试与分析软件面向对象的开发过程

4.6上位机测试与数据分析软件解决的几个关键问题

4.6.1通信实现

4.6.2数据的动态显示

4.6.3多线程编程

4.6.4混合编程的实现

4.7本章小结

第五章数字手柄软硬件的试验验证

5.1试验目的

5.2试验方案制定

5.3试验结论

第六章数字手柄信号处理和分析

6.1引言

6.2信号分析方法

6.3数字滤波方案选择

6.3.1 ⅡR

6.3.2 FIR

6.4振动信号的相关分析

6.5振动信号的谱分析

6.5.1谱估计的经典方法

6.5.2现代谱分析方法

6.6本章小结

第七章结束语

参考文献

附录

附录一

致谢

攻读学位期间主要的研究成果