基于CAN/LIN总线的海洋水文气象观测平台研制

摘要

水文气象参数的获得是开发海洋、利用海洋尤其重要的一个方面,然而以往的气象或水文仪器多采取传感器接口和中心控制器直接连接的方式,这种集中式控制可以有效降低成本,但其扩充性较差,仪器的开放性不足。对于多参数系统,随着参数的增多,数据量的增大,这种封闭的集中控制方式的弊端逐渐显现,可维护性变差,无法满足正常稳定高效的工作要求。基于CAN/LIN总线设计的海洋水文气象观测系统,将传感器和主控器之间通过CAN/LIN总线联系起来,不仅能够满足数据的传输要求,同时也使得整个系统的连接方式简洁,设备之间的拟合度较小,降低了功耗,具有更高的开放性、可维护性和稳定性。
　　系统对硬件电路进行模块化设计,分为传感器模块和主控模块,它们通过CAN/LIN总线联系在一起。传感器模块采用了通用化设计,可搭载不同传感器,并根据相关规范定时采集传感器数据;主控模块配备 MCGS显示屏和微型打印机,通过CAN/LIN总线收集传感器信息,并定时发送到岸站系统。
　　本论文在 CAN2.0 A/B协议的基础上,设计规划出适合于水文气象系统的CAN应用层协议,和基于LIN总线的串口协议,并以STM32为主控MCU实现了该协议;制定编写了分层的软件架构,并使用UML状态图对系统顶层结构进行了状态设计,明确了处理数据采样任务和辅助任务之间的接口和跳转关系;主控模块使用组态化软件编写显示屏界面;主控模块和传感器模块均采用SD卡文件系统实现数据存储备份功能;实现了历史数据的自动/手动打印。
　　系统经过测试,数据采集正常,传输过程满足设计需求;软件运行流畅无死机和其他意外错误;存储内容符合设计要求;数据显示和打印功能得到验证。

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

1.2 CAN/LIN总线技术的发展

1.3 研究意义

1.4 本文研究内容

1.5 本章小结

2 系统总体设计

2.1 系统总体架构设计

2.2 传感器模块硬件设计

2.3 本章小结

3 硬件设计

3.1 硬件规划

3.2 风、方位气象参数电路规划

3.3 温湿度、雨量、气压气象参数电路规划

3.4 主控模块电路规划

3.5 机箱分布规划

3.6 本章小结

4 软件设计

4.1 系统软件架构

4.2 采集规范和存储格式规范

4.3 LIN总线协议

4.4 CAN通信协议

4.5 本章小结

5 测试方案

5.1 测试要求

5.2 测试步骤

5.3 测试内容

5.4 系统界面

5.5 测试结果

5.6 小结

6 结论

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历

硕士期间发表的论文