郭漳和基于can總線的樓宇自動化系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 優(yōu)越的傳輸特性和高的傳輸速率，在可編程邏輯控制器PLC中被廣泛采用。CAN 是Controller Area Network 的縮寫，是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在當(dāng)今各產(chǎn)業(yè)中，為了給人和社會帶來利益，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，因此有了CAN的通信協(xié)議。 現(xiàn)在，CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面?，F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一,被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)。CAN總線是屬于現(xiàn)場總線的范疇，它可一對串行通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布控制或者實時控制。對于目前叫的的RSXXX基于R線構(gòu)建的分布控制來說。CAN總線具有下面優(yōu)勢：(1)CAN總線開發(fā)系統(tǒng)具有實時性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)。(2)CAN是到目前為止唯一具有國際認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)且成本低的現(xiàn)場總線；(3)CAN總線廢除傳統(tǒng)的站地址編碼，它以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，可以不分主從，多主方式工作。(4)CAN采用非破壞性仲裁技術(shù)兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時，可判斷優(yōu)先級，先高后低使優(yōu)先級高的節(jié)點在傳輸數(shù)據(jù)是不受影響，避免了總線沖突。(5)CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀只有8個有效字節(jié)，數(shù)據(jù)傳輸時間短，重新發(fā)送的時間短，受干擾的概率低。(6)CAN可以點對點，一對多及廣播集中方式傳送和接收數(shù)據(jù)。傳輸距離可長達(dá)10km。(7)CAN的每幀信息都有通過CRC校驗及檢錯措施，具有極好的檢錯效果(8)CAN的通信介質(zhì)的選擇上十分靈活，可選用雙絞線、同軸電纜或光纖。(9)CAN節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，能夠自動關(guān)閉總線，切斷它與總線的關(guān)聯(lián)，使總線上其他操作不受影響； 基于上總線概述，又從成本以及工程上考慮，本次設(shè)計選擇CAN總線。針對自動化測控應(yīng)用的需要，定義了信息存取的統(tǒng)一規(guī)則，采用設(shè)備描述語言規(guī)定了通用的功能塊集。用于實現(xiàn)測量、控制、工程量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)管理功能的系統(tǒng)軟件技術(shù)以及構(gòu)筑集成自動化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)。過程現(xiàn)場總線（PROFIBUS）,PROFIBUS支持主從方式和多主通信方式。在基于CANopen的智能協(xié)議，從物理上分為：底層驅(qū)動程序借口和上層CANopen客戶程序；從邏輯上可分為：底層動態(tài)連接庫支持程序、收發(fā)報文高速緩存邏輯，報文分析、分析結(jié)果記錄和GUI展示層。CANopen客戶程序根據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)解釋獲得CAN報文，并根據(jù)報文類型，按HASH算法分類排序。在報文收發(fā)緩存處理上采用多線編程方法，解決多線程同步和互斥問題，從而達(dá)到較好的報文實時處理功能，逃避了線程的可重入性?？蛻舫绦蚣瓤梢晕谋痉绞浇Y(jié)合相應(yīng)的參數(shù)顯示CANopen的報文類型。也可以根據(jù)CANopen協(xié)議已對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試和分析。本次設(shè)計是CANopen設(shè)備節(jié)點，具有即用即插的功能，所以可以非常自如地用主站或者從站的身份收發(fā)報文。其傳遞的數(shù)據(jù)格式是自定義結(jié)構(gòu)體，為本次設(shè)計顯示報文內(nèi)容提供了方便。CANopen協(xié)議軟件是基于高級語言開發(fā)環(huán)境編寫的上位機(jī)軟件，它的界面實現(xiàn)協(xié)議分析結(jié)果直觀性非常強(qiáng)。對本次設(shè)計的可視化配置，比特率設(shè)置，樣本數(shù)設(shè)定，MASK掩碼設(shè)定具有明顯效果。除此之外，CANopen協(xié)議還提供一些基本功能，其總線通信量，單次或循環(huán)發(fā)送報文，及整個報文隊列的在線觀測，并對各類可變條件獲得報文的記錄以及在線監(jiān)測總線負(fù)載。本次設(shè)計是一套完整的樓宇控制系統(tǒng)，現(xiàn)場過程參數(shù)與狀態(tài)信息通過各自的傳感器現(xiàn)場匯入其相應(yīng)的現(xiàn)場空盒子節(jié)點。各個仿真子系統(tǒng)的現(xiàn)場節(jié)點通過CAN總線完成數(shù)據(jù)通信，各個仿真子系統(tǒng)通過以太網(wǎng)實現(xiàn)整個仿真系統(tǒng)的信息通信。CANopen協(xié)議作為本次通信的主要協(xié)議，將被控對象、智能節(jié)點、網(wǎng)關(guān)和上位機(jī)連成樓宇智能一體化。在運行與測試中，CANopen協(xié)議實時的處理CAN設(shè)備發(fā)送和接受報文的可行性，為本次系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試提供了極大的方便。CAN總線模塊將在AT89S52的控制下采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給CAN總線的上位機(jī)上，接收CAN總線上發(fā)給各個控制節(jié)點數(shù)據(jù)，并且將它存如緩沖區(qū)。AT89S52向SJA1000發(fā)送數(shù)據(jù)時，采用查詢的方式，當(dāng)SJA1000里有接受到的新報文時，AT89S52采用中斷方式。因為系統(tǒng)的任意節(jié)點可以主動地于其他節(jié)點通信，所以各個控制節(jié)點的通信程序相同。系統(tǒng)主程序如圖42。 圖42 系統(tǒng)主程序程序初始化：AT89S52將SJA1000、沖區(qū)和變量、定時器、串口、CAN總線初始化。初始化程序主要是在運行前，對SJA1000的控制寄存器寫入控制而確定的。單片機(jī)通過對SJA1000進(jìn)行初始化后，訪問其內(nèi)部寄存器實現(xiàn)CAN操作。確定CAN控制器工作方式，完成CAN通信工作。AT89S52向SJA1000發(fā)送數(shù)據(jù)是采用查詢方式，當(dāng)SJA10000里有新的報文時AT89s52接收數(shù)據(jù)采用中斷方式 如圖43。圖43 SJA1000初始化流程發(fā)送程序：SJA1000的初始化程序設(shè)計主要是通過對SJA1000的寄存器寫入相應(yīng)的控制字，從而確定SJA1000的工作方式。軟件復(fù)位即在運行期間給SJA1000發(fā)一個做一個復(fù)位識別。SJA1000需要初始化的寄存器有：控制寄存器CR或模式寄存器MOD、時鐘分頻寄存器CDR、接受代碼寄存器ACR、屏蔽寄存器AMR、中斷使能寄存器IER、總線定時寄存器BTR、輸出控制寄存器OCR等。因為這些寄存器僅能在SJA1000復(fù)位期間進(jìn)行訪問，因此在這些寄存器初始化之前，必須要確保系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。對SJA1000進(jìn)行初始化建立CAN總線后，節(jié)點通過CAN現(xiàn)場總線收發(fā)數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包發(fā)送由CAN總線協(xié)議完成。AT89S52將要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳到SJA1000的緩沖區(qū)，命令標(biāo)志位發(fā)送請求，當(dāng)報警信號存在時，向CAN總線上的其他節(jié)點和上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。SJA1000發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送緩沖器禁止“寫入”。主控制器要監(jiān)控狀態(tài)寄存器中發(fā)送緩沖器標(biāo)識符，對緩沖器是否接收數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。發(fā)送程序如圖44。圖44 發(fā)送程序接收程序：數(shù)據(jù)從CAN總線到CAN接收緩沖區(qū)由CAN的控制器自動完成。接收程序?qū)⒏鱾€節(jié)點的報文接收以及其它方面的處理。從接收緩沖器中讀取接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且在處理過程中對CAN總線出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行處理。系統(tǒng)設(shè)計中采用中斷的方式接受數(shù)據(jù)。如圖35。圖45 接收程序流程圖46為小區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)窗口，其接收和發(fā)送均以16進(jìn)制（HEX），按鍵和LED的發(fā)送和接收的命令如下：打開空調(diào)與通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng) LED1亮關(guān)閉空調(diào)與通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng) LED1滅打開照明監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng) LED2亮 關(guān)閉照明監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng) LED2滅打開給排水監(jiān)控系統(tǒng) LED3亮關(guān)閉給排水監(jiān)控系統(tǒng) LED3滅打開電力供應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng) LED4亮關(guān)閉電力供應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng) LED4滅按鍵1：獲取當(dāng)前溫度按鍵2：獲取當(dāng)前電壓按鍵3：獲取當(dāng)前電流按鍵4：獲取當(dāng)前水位圖46 VB窗口在硬件調(diào)試處理過程中，發(fā)現(xiàn)過芯片6N137的模擬輸入和輸出沒有隔離開。以至于電路出現(xiàn)異常。后經(jīng)過修改，硬件電騾工作正常.軟件調(diào)試由一臺PC機(jī)、系統(tǒng)硬件電路和VB軟件組成。調(diào)試單片機(jī)和串口通信硬件部分都為正常。在VB窗口運行基本收發(fā)程序。通過按鍵模擬數(shù)據(jù)采集驅(qū)動，LED模擬繼電器動作。通過兩個仿真器可以了解串口通信部分的狀態(tài)，另外還可以間接了解CAN總線的實際狀態(tài)，在調(diào)試中間向SJA1000的測試寄存器寫入0DBH，再讀SJA1000的測試寄存器，結(jié)果與寫入的一致。說明SJA1000與控制器連接正常。輸入通道編寫程序，通過觀察仿真器對應(yīng)地址中的內(nèi)容，確定節(jié)點的輸入通道為正常。通過對系統(tǒng)