可擴展式通用數(shù)據(jù)采集.doc
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可擴展式通用數(shù)據(jù)采集,摘要在工業(yè)、企業(yè)生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)采集技術(shù)是工業(yè)設備作業(yè)情況的動態(tài)監(jiān)控重要組成部分，也是保證企業(yè)正常、安全、經(jīng)濟生產(chǎn)的重要手段。在生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要根據(jù)現(xiàn)場的需求，增加采集節(jié)點，以滿足對新增的生產(chǎn)參數(shù)進行采集的目的。本文在研究了數(shù)據(jù)采集技術(shù)在工業(yè)領域的應用以及現(xiàn)場總線的相關技術(shù)后，提出了一種基于can總線的數(shù)據(jù)采...
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摘 要
在工業(yè)、企業(yè)生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)采集技術(shù)是工業(yè)設備作業(yè)情況的動態(tài)監(jiān)控重要組成部分，也是保證企業(yè)正常、安全、經(jīng)濟生產(chǎn)的重要手段。在生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要根據(jù)現(xiàn)場的需求，增加采集節(jié)點，以滿足對新增的生產(chǎn)參數(shù)進行采集的目的。
本文在研究了數(shù)據(jù)采集技術(shù)在工業(yè)領域的應用以及現(xiàn)場總線的相關技術(shù)后，提出了一種基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的解決方案。系統(tǒng)由主節(jié)點與若干從節(jié)點構(gòu)成。主節(jié)點和從節(jié)點之間通過CAN總線進行通信。
本文設計了以AT89S52單片機作為主控芯片的底層數(shù)據(jù)采集節(jié)點。具有模擬量輸入輸出，開關量輸入輸出和CAN通信三個主要功能。能對工業(yè)現(xiàn)場的通用的1~5v電壓信號與開關量進行采集，并能通過輸出口控制外部設備。
以LPC2290為核心的MiniARM系列工控板為系統(tǒng)主節(jié)點，對從節(jié)點進行管理與監(jiān)控。MiniARM系列工控板集成度高，開發(fā)方便，接口功能齊全，運算處理速度快，能滿足數(shù)據(jù)處理實時性的要求。
系統(tǒng)采用CAN總線作為系統(tǒng)通信的現(xiàn)場總線?？刂破骶钟蚓W(wǎng)CAN(Controller Aera Network)屬于現(xiàn)場總線的范疇，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有可靠性、實時性和靈活性的特點，是一種有效支持集散控制系統(tǒng)和實時控制的多主串行總線。CAN作為一種新興的總線技術(shù)，具有高性能、高可靠性的特點。
基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以根據(jù)現(xiàn)場需要擴展底層智能數(shù)據(jù)采集節(jié)點的數(shù)量。CAN總線應用層協(xié)議由作者自行定義和編寫，使之更加符合本系統(tǒng)的要求和特點。文中實現(xiàn)了在2個底層節(jié)點數(shù)量的條件下，系統(tǒng)的正常工作。由于實驗室條件的限制，底層節(jié)點數(shù)量有限，所以文中考慮了當系統(tǒng)擴展后，CAN總線通信負載加大，定性的分析了系統(tǒng)的實時性和可靠性，并給出了相對應的解決方案，方便系統(tǒng)的擴展。
最后，對系統(tǒng)設計與論文作了總結(jié)并且對系統(tǒng)的應用前景和一些可以改進的地方進行了展望。
關鍵詞 數(shù)據(jù)采集；CAN總線；單片機；MiniARM；
Abstract
In the production process of industry and enterprise，data acquisition technology is one of the most important parts of the dynamic monitoring of industrial equipments，as well as the important means to ensure the enterprise to run normally，securely and economically.To meet the demand of the field,data acquisition system can increase acquisition node,in order to acquire new parameters of production.
Based on studies of the application in industry of data acquisition system and Fieldbus-related technology，the author designs a CAN-based data acquisition system.The system consists of one master node and several slave nodes.Master and slave nodes communicate through the CAN bus.
Bottom data acquisition node is used AT89S52 as MCU,which is composed of analog quantity input and output,switch quantity input and output,CAN-BUS communication system.The system collects one normal voltage(1~5V) and switch signal and control external equipment by I/O ports.
The master node which uses the series of MiniARM embedcontrol board used LPC2290 as MCU supervise and manage all the slave nodes. MiniARM series industrial control board is highly integrated,easily to develop,completely communications interface，fast processing speed can meet the requirements of real-time data processing.
CAN(Controller Area Network)belongs to the FCS category.The data communication of CAN bus has features of high reliability,real-time and flexibility.The CAN-bus is multi-host serial bus which support the distributed control and real-time control efficiently.CAN,as a new bus technology,has features of good performances and high reliability.
Data acquisition system based on CAN-bus can increase the number of slave nodes to meet the demand of the industry field. The application layer protocol is defined by author in order to tally with the system. The whole system workes stably with four slave nodes.The lab conditions limited the number of the bottom nodes,so the paper is analyzed the system’s real time and reliability performance when the system is expanded,CAN-bus traffic load increased,and gives the corresponding solution for expanding easily.
At last,the author summarizes the system designment and the paper,look forward to the system’s application and some improvements.
Key Words Data acquisition;CAN-BUS;SCM;MiniARM;
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題的研究背景和現(xiàn)狀 1
1.2 數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史 1
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3
1.4 本文主要工作及文章結(jié)構(gòu) 4
第2章 系統(tǒng)總體要求及現(xiàn)場總線技術(shù)概述 5
2.1 系統(tǒng)總體要求與功能 5
2.2 現(xiàn)場總線技術(shù)概述 6
2.2.1 現(xiàn)場總線技術(shù)簡介 6
2.2.2 流行的幾種現(xiàn)場總線 7
2.3 CAN總線簡介 7
2.3.1 CAN總線的發(fā)展及其特點 8
2.3.2 CAN總線技術(shù)規(guī)范 9
2.3.3 CAN的應用與前景 12
2.4 本章小結(jié) 13
第3章 底層智能數(shù)據(jù)采集節(jié)點的設計 14
3.1 底層智能數(shù)據(jù)采集節(jié)點簡介 14
3.1.1 主要技術(shù)指標與功能要求 14
3.1.2 底層智能數(shù)據(jù)采集節(jié)點設計方案 14
3.2 系統(tǒng)硬件設計 15
3.2.1 系統(tǒng)電源模塊 15
3.2.2 開關量采集與輸出模塊 15
3.2.3 模擬量采集和輸出模塊 16
3.2.4 CAN通信模塊 20
3.2.5 看門狗電路 23
3.2.6 ISP下載電路 24
3.3 底層智能數(shù)據(jù)采集節(jié)點的軟件設計 24
3.3.1 數(shù)據(jù)采集與處理 25
3.3.2 CAN通信模塊軟件編程 24
3.4 本章小結(jié) 29
第4章 系統(tǒng)主節(jié)點的設計 30
4.1 主節(jié)點硬件開發(fā)平臺 30
4.1.1 MiniARM核心板概述 30
4.1.2 MiniARM9080核心板特點 31
4.1.3 MiniARM-N9080核心板硬件結(jié)構(gòu) 31
4.2 M22A系列評..
在工業(yè)、企業(yè)生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)采集技術(shù)是工業(yè)設備作業(yè)情況的動態(tài)監(jiān)控重要組成部分，也是保證企業(yè)正常、安全、經(jīng)濟生產(chǎn)的重要手段。在生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要根據(jù)現(xiàn)場的需求，增加采集節(jié)點，以滿足對新增的生產(chǎn)參數(shù)進行采集的目的。
本文在研究了數(shù)據(jù)采集技術(shù)在工業(yè)領域的應用以及現(xiàn)場總線的相關技術(shù)后，提出了一種基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的解決方案。系統(tǒng)由主節(jié)點與若干從節(jié)點構(gòu)成。主節(jié)點和從節(jié)點之間通過CAN總線進行通信。
本文設計了以AT89S52單片機作為主控芯片的底層數(shù)據(jù)采集節(jié)點。具有模擬量輸入輸出，開關量輸入輸出和CAN通信三個主要功能。能對工業(yè)現(xiàn)場的通用的1~5v電壓信號與開關量進行采集，并能通過輸出口控制外部設備。
以LPC2290為核心的MiniARM系列工控板為系統(tǒng)主節(jié)點，對從節(jié)點進行管理與監(jiān)控。MiniARM系列工控板集成度高，開發(fā)方便，接口功能齊全，運算處理速度快，能滿足數(shù)據(jù)處理實時性的要求。
系統(tǒng)采用CAN總線作為系統(tǒng)通信的現(xiàn)場總線?？刂破骶钟蚓W(wǎng)CAN(Controller Aera Network)屬于現(xiàn)場總線的范疇，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有可靠性、實時性和靈活性的特點，是一種有效支持集散控制系統(tǒng)和實時控制的多主串行總線。CAN作為一種新興的總線技術(shù)，具有高性能、高可靠性的特點。
基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以根據(jù)現(xiàn)場需要擴展底層智能數(shù)據(jù)采集節(jié)點的數(shù)量。CAN總線應用層協(xié)議由作者自行定義和編寫，使之更加符合本系統(tǒng)的要求和特點。文中實現(xiàn)了在2個底層節(jié)點數(shù)量的條件下，系統(tǒng)的正常工作。由于實驗室條件的限制，底層節(jié)點數(shù)量有限，所以文中考慮了當系統(tǒng)擴展后，CAN總線通信負載加大，定性的分析了系統(tǒng)的實時性和可靠性，并給出了相對應的解決方案，方便系統(tǒng)的擴展。
最后，對系統(tǒng)設計與論文作了總結(jié)并且對系統(tǒng)的應用前景和一些可以改進的地方進行了展望。
關鍵詞 數(shù)據(jù)采集；CAN總線；單片機；MiniARM；
Abstract
In the production process of industry and enterprise，data acquisition technology is one of the most important parts of the dynamic monitoring of industrial equipments，as well as the important means to ensure the enterprise to run normally，securely and economically.To meet the demand of the field,data acquisition system can increase acquisition node,in order to acquire new parameters of production.
Based on studies of the application in industry of data acquisition system and Fieldbus-related technology，the author designs a CAN-based data acquisition system.The system consists of one master node and several slave nodes.Master and slave nodes communicate through the CAN bus.
Bottom data acquisition node is used AT89S52 as MCU,which is composed of analog quantity input and output,switch quantity input and output,CAN-BUS communication system.The system collects one normal voltage(1~5V) and switch signal and control external equipment by I/O ports.
The master node which uses the series of MiniARM embedcontrol board used LPC2290 as MCU supervise and manage all the slave nodes. MiniARM series industrial control board is highly integrated,easily to develop,completely communications interface，fast processing speed can meet the requirements of real-time data processing.
CAN(Controller Area Network)belongs to the FCS category.The data communication of CAN bus has features of high reliability,real-time and flexibility.The CAN-bus is multi-host serial bus which support the distributed control and real-time control efficiently.CAN,as a new bus technology,has features of good performances and high reliability.
Data acquisition system based on CAN-bus can increase the number of slave nodes to meet the demand of the industry field. The application layer protocol is defined by author in order to tally with the system. The whole system workes stably with four slave nodes.The lab conditions limited the number of the bottom nodes,so the paper is analyzed the system’s real time and reliability performance when the system is expanded,CAN-bus traffic load increased,and gives the corresponding solution for expanding easily.
At last,the author summarizes the system designment and the paper,look forward to the system’s application and some improvements.
Key Words Data acquisition;CAN-BUS;SCM;MiniARM;
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題的研究背景和現(xiàn)狀 1
1.2 數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史 1
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3
1.4 本文主要工作及文章結(jié)構(gòu) 4
第2章 系統(tǒng)總體要求及現(xiàn)場總線技術(shù)概述 5
2.1 系統(tǒng)總體要求與功能 5
2.2 現(xiàn)場總線技術(shù)概述 6
2.2.1 現(xiàn)場總線技術(shù)簡介 6
2.2.2 流行的幾種現(xiàn)場總線 7
2.3 CAN總線簡介 7
2.3.1 CAN總線的發(fā)展及其特點 8
2.3.2 CAN總線技術(shù)規(guī)范 9
2.3.3 CAN的應用與前景 12
2.4 本章小結(jié) 13
第3章 底層智能數(shù)據(jù)采集節(jié)點的設計 14
3.1 底層智能數(shù)據(jù)采集節(jié)點簡介 14
3.1.1 主要技術(shù)指標與功能要求 14
3.1.2 底層智能數(shù)據(jù)采集節(jié)點設計方案 14
3.2 系統(tǒng)硬件設計 15
3.2.1 系統(tǒng)電源模塊 15
3.2.2 開關量采集與輸出模塊 15
3.2.3 模擬量采集和輸出模塊 16
3.2.4 CAN通信模塊 20
3.2.5 看門狗電路 23
3.2.6 ISP下載電路 24
3.3 底層智能數(shù)據(jù)采集節(jié)點的軟件設計 24
3.3.1 數(shù)據(jù)采集與處理 25
3.3.2 CAN通信模塊軟件編程 24
3.4 本章小結(jié) 29
第4章 系統(tǒng)主節(jié)點的設計 30
4.1 主節(jié)點硬件開發(fā)平臺 30
4.1.1 MiniARM核心板概述 30
4.1.2 MiniARM9080核心板特點 31
4.1.3 MiniARM-N9080核心板硬件結(jié)構(gòu) 31
4.2 M22A系列評..
