基于CAN总线的液位控制装置的设计

I课程设计（论文）任务及评语院（系）：教研室：注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目基于CAN总线的液位控制装置的设计课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数实现功能基于CAN总线的液位控制器实现通过CAN总线接收控制指令及上传数据、并根据指令进行液位的控制功能。硬件设计包括CPU选型、CAN总线控制器、CAN总线收发器及液位采集与驱动电路等。软件采用汇编语言或C语言并调试与分析。设计任务及要求1、确定设计方案画出方案框图。2、控制器硬件设计包括元器件、传感器的选择。3、画出控制器的原理图。4、绘出程序流程图并编写CAN总线初始化、接收及发送程序。5、要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理。6、按学校规定的格式撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数1、CAN总线符合CAN2.0B规范；2、CAN总线通讯速率500kbit/s；3、CAN总线进行光电隔离设计；4、液位控制精度为1%；5、液位调整阀的驱动电流为±20mA。进度计划1、布置任务查阅资料确定系统设计方案（2天）2、系统硬件设计及模块选择（3天）3、系统软件设计及编写功能程序及调试（3天）4、撰写、打印设计说明书（1天）5、验收及答辩。（1天）指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日II摘要随着网络技术和电子信息技术的发展CAN总线作为一种局域网控制技术在超声波测距领域应用越来越广泛。它不但大大简化了控制系统而且为电控单元之间的信息共享提供了方便的平台。本设计是由wi86755型静压投入式液位传感器接受的水体压力信号，并由传感器的接收器进行接收，此信号经过放大滤波、A/D转换后进入单片机C8051F060然后利用CAN的控制器进行处理又经过CAN总线收发器ISO1050和光电耦合模块送入到CAN总线上，最后进入阀驱动电路。该系统能够按照工艺要求正常运行，单片机控制系统能够将液位很快地调节到工艺指标附近，CAN总线符合CAN2.0B规范，通讯速率达到500kbit/s，液位控制精度为1%，液位调整阀的驱动电流为±20mA。关键词：CAN总线；C8051F060；液位控制III目录第1章绪论.................................................................................................................11.1本设计的研究背景以及意义............................................................................11.2CAN总线的发展...............................................................................................1第2章课程设计的方案.........................................................................................32.1系统功能的分析................................................................................................32.2系统的方案设计................................................................................................3第3章硬件设计.......................................................................................................43.1CPU的最小系统设计........................................................................................43.2液位传感器选型................................................................................................53.3液位采集系统....................................................................................................63.3.1信号调理电路........................................................................................63.3.1A/D转换电路..........................................................................................63.4阀驱动电路........................................................................................................83.5CAN接口电路...................................................................................................83.5.1CAN总线收发器....................................................................................83.5.2光电隔离器............................................................................................93.6总体硬件图......................................................................................................10第4章软件设计.....................................................................................................114.1流程图..............................................................................................................114.2软件编程.........................................................................................................114.2.1系统初始化...........................................................................................144.2.2中断程序...............................................................................................15第5章课程设计总结............................................................................................17参考文献......................................................................................................................181第1章绪论1.1本设计的研究背景以及意义近年来有关液位控制的形式及方法越来越多，技术性能也越发先进，自动化程度也有较大地提高。但就以各类型水罐、水池的液位控制来说许多项目没有达到自动化的程度，有的在设计上虽然设置有较为精密仪表和其它电气设备，但是没有达到充分的开发和合理的配置，自动化程度较低，有许多电气及仪表装置，在系统中只起到了液位显示及报警功能，其液位控制全凭生产运行人员根据系统工艺流程人为地手动或电动操作水罐或水池的进出口阀门来实现液位控制，使其液位保持在正常的生产状态范围内。由于受各工艺流程生产系统中的影响液位的变化和稳定性也受到较大影响，为此生产运行人员在工作中要时时监测液位的变化而不得有半点疏忽，这样就较大地增加了生产运行人员的劳动强度。九十年代计算机已渗透到工业、农业、国防、科研等部门及民用生活的各个方面，而工业生产过程计算机控制则是计算机技术应用的一个重要而有发展远景的领域。信息时代的今天工控界正进行着一场新的革命各种新型控制设备不断出现产品的性能和可靠性不断提高，价格进一步下降。作为该领域的另一个重要组成部分，工控软件也受到越来越多的工程技术人员的重视，正在向着产业化方向发展。工控软件的特点是开发周期长、被控对象复杂多样、且软件与具体工程和设备交织在一起。长期以来软件的通用性和可维护性一直困扰着工程技术人员。设备管理人员或主要编程人员的变动将给控制系统的运行带来极大的不便甚至影响其正常工作，许多企业决策者也对此表现出极大的关注。为改变这一状况，国内外许多专家、学者、工程技术人员对工控软件进行了积极的探索，然而目前的工控软件仍存在两方面的主要问题:一是工控软件缺乏通用性，工控公司只提供特定设备的驱动程序，一旦设备更新或变动系统就必须重新设计；二是国外工控软件价格昂贵，使许多国内用户，特别是高校及中小型企业难以接受，以至于不得不花费许多精力去开发各自专用的测控软件。1.2CAN总线的发展本设计要求用CAN总线进行设计。80年代末，在汽车工业中，由于众多的控制设备与测试仪器之间需要进行大量数据交换，传统的总线无法满足需求，德国BOSCH公司提出了CAN总线，这种新的串行数据通讯协议。CAN总线即控2制器局域网总线，通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。它具有如下特点。CAN是到目前为止为数不多的有国际标准的现场总线，总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数通讯。CAN总线没有采取传统的站地址编码，不对节点进行地址规定，而是把通信数据块进行编码。这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成。这种按数据块编码的方式，使用报文的标识符来指定报文的优先级以及报文的内容，高优先级的节点享有传送报文的优先权。还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短，从而保证了通信的实时性。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，可以多个主站运行并且分散仲裁。CAN总线上任意节点可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受数据，而且可以任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。