基于ARM和CAN总线技术的溢流染色机控制系统研究

摘要

目前国内外溢流染色机的控制器分为两大类：单片机和可编程控制器PLC。但是，单片机控制器运算速度慢，外部电路复杂，抗干扰能力弱，需要另外加入软硬件保护，维护困难。而PLC控制系统的硬件成本较高，系统集成度相对比较低，在联网功能上存在不足，也难以实现与企业信息系统的集成。PLC和单片机控制已经不能满足现代染色机控制技术的要求。因此，本文提出基于ARM和CAN总线技术对溢流染色机的控制系统进行研究。主要内容如下:
　　 分析了溢流染色机的工作原理和染色工艺，根据溢流染色机的功能要求和性能要求，通过对单片机系统、PLC控制系统及ARM控制系统进行分析和比较，以及对RS485总线和CAN总线的优缺点进行分析。提出把ARM控制器与CAN总线技术相结合，在实现单台溢流染色机控制的同时，又实现与上位机的通讯的溢流染色机控制系统方案，并对主要的器件进行选型。
　　 对PID控制算法和模糊控制算法的优缺点进行了分析，提出利用模糊控制和PID控制两者相结合的方法对溢流染色机的温度进行控制，设计了模糊控制器，建立了溢流染色机温度控制模型，对溢流染色机温度控制进行仿真，分析了仿真结果，温度误差在溢流染色机的工艺要求范围之内。
　　 基于控制系统的核心芯片ARM，分析和设计控制系统的硬件电路，包括:温度采集电路，压力采集电路、液位采集电路、D/A转换电路、串口通讯电路和一些基本电路等。建立了软件开发环境，基于Linux系统，对控制系统进行软件设计。并且从硬件和软件的角度设计了系统的防干扰措施。对系统的温度控制进行了实验调试，采集了温度数据，并对数据进行了分析。
　　 基于CAN总线，选取了CAN协议控制器、CAN收发器和RS232/CAN总线的转换器，设计了CAN通讯的硬件电路；制定了CAN总线的应用层协议；基于硬件电路，设计了CAN总线通讯的软件程序，对CAN总线通讯进行了实验调试，并且数据通讯良好。
　　 通过分析和设计，初步建立了基于ARM和CAN总线技术的溢流染色机控制系统，为下一步的现场调试奠定了基础，另外该系统大大提高了染色机自动化水平，在纺织企业中具有良好的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外染色机控制系统的研究现状

1．3 ARM控制器应用技术

1．4 CAN总线应用技术

1．5 课题的主要研究内容

第二章 溢流染色机控制系统整体方案

2．1 溢流染色机

2．1．1 溢流染色机的工作原理

2．1．2 溢流染色机的工艺过程

2．2 溢流染色机控制系统的需求分析

2．2．1 功能要求

2．2．2 主要规格及技术参数

2．3 控制系统的方案论证

2．3．1 溢流染色机控制方案分析

2．3．2 RS485与CAN总线的分析

2．4 控制系统方案的提出

2．4．1 整体方案

2．4．2 主要器件的选择与分析

2．5 本章小结

第三章 溢流染色机温度控制算法的研究与仿真

3．1 温度控制算法的研究

3．1．1 PID控制算法

3．1．2 模糊控制算法

3．1．3 Fuzzy-PID算法的结合

3．1．4 溢流染色机的温度控制过程

3．2 模糊控制器的设计

3．2．1 FIS编辑器的建立

3．2．2 隶属度函数编辑器的建立

3．2．3 控制规则编辑器

3．3 溢流染色机温度控制对象的建立

3．4 溢流染色机温度控制仿真

3．5 本章小结

第四章 基于ARM的溢流染色机控制系统研究

4．1 控制系统的硬件电路

4．1．1 外部存储器

4．1．2 模拟信号输入电路

4．1．3 数字信号输入电路

4．1．4 信号输出电路

4．1．5 串口通讯电路

4．1．6 其它基本电路

4．2 基于Linux操作系统的软件程序的实现

4．2．1 Linux内核的实现

4．2．2 应用程序的设计

4．3 系统的防干扰措施

4．4 系统实验调试

4．5 实验误差因素分析

4．6 小结

第五章 基于CAN总线的溢流染色机通讯研究

5．1 CAN总线通讯的硬件电路

5．1．1 CAN总线控制器

5．1．2 CAN总线收发器

5．1．3 RS232／CAN总线的转换器

5．1．4 CAN总线通讯接口的电路设计

5．2 CAN总线通讯协议的制定

5．2．1 信息标识符的分配

5．2．2 应用层信息帧格式

5．2．3 数据交换方法

5．2．4 报文滤波机制

5．3 软件程序的设计

5．3．1 程序流程规划

5．3．2 MCP2510的初始化

5．3．3 报文的发送程序设计

5．3．4 报文的接收程序设计

5．3．5 错误中断程序

5．4 CAN总线通讯实验调试

5．4．1 CAN的自收发功能调试

5．4．2 CAN总线与上位机通讯的调试

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

附‘录