CAN总线通信技术在矿业生产甲烷浓度测试中的应用研究

【摘要】： 在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时,嵌入式系统开发技术也得到迅速发展,由于嵌入式系统具有体积小、功耗低、性能强、可靠性高,以及面向行业应用的突出特点,目前己经广泛地应用于军事国防、消费电子、网络通信、工业控制等各个领域。伴随着网络时代的来临,在高端嵌入式应用中32位微处理器的应用将成为主流,以ARM为内核的微处理器就是其中一种被广泛应用RISC(精简指令集计算机)的芯片。 本文以嵌入式监控平台为研究对象,针对矿业生产中甲烷浓度的实际情况,讨论了CAN-RS232智能网关的软硬件实现过程。研究了网关硬件部分的设计方案,包括以ARM处理器为核心的嵌入式监控平台的硬件原理设计,最小系统的设计以及MCU的主要接口的电路。在此基础上,详细说明了系统所选用的ADS 1.2集成开发环境,并对CAN控制器的初始化、CAN数据的发送、CAN数据的接收、CAN模块的中断等软件层面进行配置处理。给出了CAN数据格式的构成形式及测试方法,并在ARM芯片可扩展的CAN接口基础上,分析了井下节点的硬件电路及工作原理,构建CAN网络嵌入式智能监控节点,实现了井下节点与上位机的数据通信,应用CAN总线通信技术在矿业生产甲烷浓度的测试中进行了尝试。 【关键词】：ARM微处理器 CAN总线通信 甲烷浓度 测试
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH83;TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-11
• 1.1 选题背景及意义8
• 1.2 课题主要内容8-9
• 1.3 论文的组织结构9-10
• 本章小结10-11
• 第二章 现场总线控制网络11-25
• 2.1 现场总线技术11-15
• 2.1.1 现场总线的产生与发展11-13
• 2.1.2 现场总线的技术特点13
• 2.1.3 现场总线的通信模型与协议13-14
• 2.1.4 几种有影响的现场总线14-15
• 2.2 现场总线控制系统15-17
• 2.2.1 现场总线控制系统15-16
• 2.2.2 控制系统的发展过程16
• 2.2.3 现场总线控制系统与集散控制系统的比较16-17
• 2.3 控制器局域网总线17-18
• 2.3.1 CAN总线通信的的特点及分层结构18
• 2.3.2 CAN的分层结构18
• 2.4 CAN的通信协议18-20
• 2.5 CAN报文的帧类型20-22
• 2.6 CAN报文的帧格式22-23
• 2.6.1 CAN2.0B标准帧22
• 2.6.2 CAN2.0B扩展帧22-23
• 2.7 CAN的位仲裁技术23-24
• 2.7.1 位仲裁技术及其原理概述23-24
• 2.7.2 位仲裁的作用24
• 本章小结24-25
• 第三章 井下甲烷浓度监控系统上位机的软件设计25-29
• 3.1 设计思想25
• 3.2 上位机程序设计25-28
• 3.2.1 组态软件Microsoft Visual Studio.NET简介25-26
• 3.2.2 上位机监控界面的设计步骤及流程26
• 3.2.3 应用程序中主要文件构成26-28
• 本章小结28-29
• 第四章 CAN-232智能网关的设计29-57
• 4.1 监控平台的硬件模型29-30
• 4.1.1 SJA1000的内部结构及工作原理29-30
• 4.1.2 SJA1000的特性30
• 4.2 CTM1050T30-32
• 4.2.1 CTM1050T各引脚含义及特性30-31
• 4.2.2 CTM1050T的应用改进31-32
• 4.3 基于ARM的嵌入式控制芯片32-33
• 4.3.1 ARM内核32-33
• 4.3.2 ARM7TDMI-S处理器的特点33
• 4.4 MCU的主要接口电路33-41
• 4.5 监控平台的软件设计41-46
• 4.5.1 ADS集成开发环境的组成41-42
• 4.5.2 ARM开发的调试方法42-43
• 4.5.3 JTAG(JOINT TEST ACTION GROUP)调试原理43-44
• 4.5.4 EasyJTAG仿真器的软件构成44-45
• 4.5.5 智能网关功能框图45-46
• 4.6 CAN控制器软件配置46-48
• 4.6.1 CAN控制器的初始化46
• 4.6.2 CAN数据的发送46-47
• 4.6.3 CAN数据的接收47-48
• 4.6.4 CAN中断模块48
• 4.7 RS232与CAN-bus智能转换器的测试48-53
• 4.7.1 硬件平台48-50
• 4.7.2 软件平台50
• 4.7.3 CAN数据格式构成50-51
• 4.7.4 功能实现51
• 4.7.5 测试方法51-53
• 4.8 CAN的实时性53-56
• 4.8.1 CAN底层协议仲裁方案的缺陷53-54
• 4.8.2 CAN总线网络的实时性改进方案的提出54
• 4.8.3 CAN协议帧的标识符和其优先级的分离54-55
• 4.8.4 总线带宽的重新分配55
• 4.8.5 基于CAN网络控制芯片的优先级晋升算法实现55-56
• 本章小结56-57
• 第五章 下位分站设计57-62
• 5.1 选择甲烷浓度监测系统的背景57
• 5.2 瓦斯爆炸的条件57-58
• 5.3 传感器的功能及主要部件58-59
• 5.4 甲烷传感器的选择及其工作原理59-60
• 5.5 下位节点硬件电路及原理60-61
• 5.6 井下分站节点的软件设计61
• 5.6.1 设计思想61
• 5.6.2 下位机程序设计61
• 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-66
• 附录A CAN控制器初始化和下位节点程序66-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文72-73
• 致谢73

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