基于can總線的溫度測控系統的設計-畢業論文(已修改)

　

【正文】 基于 CAN 總線的溫度測控系統的設計 畢業論文 畢 業 論 文 題目 基于 CAN 總線的溫度測控系統的設計 姓 名 所在學院計算機與電氣自動化學院 所學專業 電氣工程及其自動化 班 級 09 電氣工程 學 號 指導教師 完成時間 72020 年 5 月 基于 CAN 總線的溫度測控系統的設計 摘要 溫度控制系統是通過各種儀器設備保證所控制的環境溫度保持在規定的范圍內以滿足所需要求的調控設備傳統的多點溫控系統雖然相較于單點溫控系統誤差小速度快精度高工作強度低效率高節省了人力物力但由于集散式控制系統大多采用 RS485 總線來連接多個節點雖然能夠一對多通信但掛載的節點少且節點越多通信效率越低另外隨著計算機和微處理器的飛速發展人們對溫度控制要求更高所需要的單片機也在不停的更新換代中傳統控制系統中所用的 8 位或 16位單片機的容量效率速度已經不能滿足高質量控制溫度的 要求利用 CAN 總線我們可以實現多節點高精度高效率的溫度控制 本論文利用所學單片機自動控制原理以及現代檢測技術及其相關知識并結合 CAN總線通訊相關資料設計了基于 CAN總線的溫度控制系統論文的主要工作如下第一以 ARM 處理器作為控制的主體實現了溫度測量數據采集和傳輸調節溫度的下位機第二利用 CAN總線的通信模塊實現了 PC機與下位機的傳輸第三利用 PC機的各種軟件實現了溫度的動態曲線顯示功能第四通過 PID 控制即比例微分控制實現溫度的控制與調整通過 CAN 總線的溫度控制實現溫控的智能化 關鍵詞溫度控制系統 CAN 總線 ARM 處 理器 PID 控制 ABSTRACT The temperature control system is through a variety of instruments and equipment to ensure that the control of the environment temperature is kept within specified limits to meet the needs of control equipment requirements Multipoint temperature control system of traditional although pared with a single point temperature control system the error is small fast speed high precision low work intensity high efficiency save manpower and material resources but because of the distributed control system mostly adopts RS485 bus to connect to multiple nodes although the onetomany munication but the node less and more nodes munication efficiency is low In addition along with the rapid development of puter and microprocessor the higher the temperature control requirements the SCM are constantly updated capacity efficiency speed of 8 or 16 bits MCU used in traditional control system has been unable to meet the high quality control temperature requirements Using CAN bus we can realize multiple nodes high precision high temperature control In this paper using the singlechip microputer automatic control theory and modern testing technology and the related knowledge and the bination of CAN bus munication related information design a temperature control system based on CAN bus The main work is as follows first using ARM processor as the control subjects the lower temperature measurement data acquisition and transmission temperature regulation second the transmission of PC machine and the lower position machine by munication module based on CAN bus third to achieve the dynamic curve of temperature display function using a variety of software PC machine fourth through the PID control that proportional differential control and MATLAB simulation control and adjustment of temperature The temperature is controlled via the CAN bus realize the intelligent temperature control Keywordstemperature control systemCAN busARM processorPID control 目錄 1 緒論 1 11 課題背景及意義 1 課題背景 1 課題意義 1 12 溫度控制系統的發展趨勢 1 13 課題研究內容 2 2 總體方案 3 21 溫度控制系統的結構 3 22 現場總線控制系統 4 23 智能節點設計 4 24 溫度控制算法 5 25 小結 5 3 相關技術簡介 6 31 CAN 總線簡介 6 CAN 總線的工作原理 6 CAN 總線的特點和優點 6 CAN 總線協議 7 32 ARM 處理器簡介 8 ARM 處理器的特點 8 STM32F103 處理器 9 STM32F103 的主要構成 9 33 PID 控制簡介 10 模擬 PID 控制 10 比例 P 積分 I 微分 D 控制 11 數字 PID 控制 12 積分分離的 PID 控制算法 13 34 溫度傳感器 DS18B20 簡介 15 DS18B20 的連接設計 16 DS18B20 的測溫原理 16 35 小結 18 4 系統硬件設計 19 41 下位機的硬件設計 19 CAN 接口的連接設計 19 LCD 顯示接口 20 協議轉換器設計 20 42 上位機的硬件設計 22 串口通信 22 43 小結 23 5 系統軟件設計 24 51 下位機的軟件設計 24 CAN 接口的軟件設計 24 轉換器的軟件設計 25 52 上位機的軟件設計 27 串口通信 27 界面通信軟件實現 29 PC 界面 30 實驗的調試方法 31 53 小結 31 結論 32 致謝 33 參考文獻 34 附錄 35 1 緒論 11 課題背景及意義 課題背景 溫度控制器屬于信息技術的前沿尖端產品在各個領域都有積極的意義在日常生活中工業生產中起到了重要的作用 溫度控制系統根據用戶所需溫度與測量溫度只差值來控制加熱器運作從而達到改變用戶所需溫度的目的很多行業有大量的溫控加熱設備用于合成各種所需物品化工廠需要控制溫度防止化學物質在一定溫度下反應爆炸現代智能樓宇為了迎合人們的需求需要保持在適宜的溫度以內等等隨著經濟的高速發展和現代化管理水平的提高傳統的溫度控制不僅效率低誤差高而且安全性能小占用人力資源多因此需要一種安全可靠高效率高精度的溫度控制系統 課題意義 計算機控制系統廣泛應用于工業農業甚至家庭領域當中其地位越來越高而計算機的發展離不開微處理的不斷改進和 創造通過提高微處理器的性能使得計算機在處理數據時的速度精度有了很大的改進實現了類似非線性時變的參數分布的最優控制等的各種復雜系統的處理 CAN Controller Area Network 總線是國際上應用最廣泛的現場總線之一它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡其高性能和高可靠性已被認同并被廣泛的應用于工業自動化船舶醫療設備工業設備等方面 ARMAdvanced RISC MachinesPID 比例 積分 微分控制器作為最早實用化的控制器已有 70 多年歷史現在仍然是應用最廣泛的工業控制器簡單易懂使 用中不需精確的等先決條件因而成為應用最為廣泛的控制器網絡各節點之間的數據通信實時性強 2 總體方案 21 溫度控制系統的結構 溫度控制系統一般由 PC界面顯示控制端 PC與 CAN網絡連接的轉換器下位機智能節點構成其系統框圖如圖 21 所示 圖 21 系統結構框圖 各級的說明如下 PC 機 可以反映系統中各個節點的溫度曲線并發送控制命令具有監控的功能 協議轉換器 通過協議轉換器達到了轉換協議連接上位機和下位機的目的 智能節點 智能節點有顯示 LCD顯示溫度采集溫度傳感器控制驅動電路 CAN通信的作用 執行機構 通過和所 需溫度比較進而修正環境溫度 22 現場總線控制系統 控制系統自誕生開始經歷了由簡單到復雜由機械到智能的發展第一代控制系統是氣動信號控制系統 PCS 第二代控制系統是電動系統模擬信號控制第三代是數字化計算機集中控制系統第四代是集散控制系統 DCS 而今我們廣泛應用的是第五代現場總線控制系統 FCS[2] 現場總線是連接智能現場設備和控制室系統全數字化雙向傳輸多分枝結構的通信網絡它的出現標志著工控領域的一個新的發展被公認為自動化的計算機局域網它實現了與現場設備和控制室設備雙向多信息交換不僅是一個基層網絡而且是開放的新的 全分布式控制系統是一個集智能傳感控制計算機數字通信技術為一體的技術將現場總線應用于控制系統會帶來性能和結構的改善而在現場總線中應用最廣泛的就是 CAN總線本課題中設計的溫控系統正是在 CAN總線的連接下實現功能工作的 23 智能節點設計 本系統可控制多個節點顯示不同節點的溫度曲線下位機作為控制系統的核心來實現控制它是基于 ARM 處理器的智能節點下面以單個節點為例介紹它的組成及設計通過它來采集現場溫度數據并控制執行機構完成溫度的只能控制主要由 ARM處理器 CAN通信模塊溫度傳感器執行機構 LCD顯示和下載接口構成其中 溫度傳感器采集外界環境的溫度數據并將模擬量轉化為數字量 CAN 驅動芯片用來增強處理器內嵌的 CAN 控制器的差分接收發送能力使之正常工作通過溫度傳感器采集來的溫度數據經過算法與標準值比對產生差值來通過執行機構調節溫度最后的 LCD 顯示可以把當前的溫度數值顯示出來一