太阳能集热发电分布式测控模块设计

【摘要】：本文论述了太阳能集热发电分布式测控模块的软、硬件设计。该模块采用CAN总线进行通信，实现对集热发电系统的各类现场信息进行实时采集、分析处理和上传，并依据监控中心主控机的控制信息驱动现场的执行机构。该模块分布于现场，组网灵活，信息传输可靠性高，布线简单，为分布式数据采集提供了便利。该模块在兰州中川太阳能发电示范基地经过长期运行表明，能够满足太阳能集热发电系统对模块的实时性要求。 本文所述的太阳集热发电分布式测控模块的设计结合了高精度的数据采集技术和先进的CAN总线技术，实现多通道分布式高精度数据采集、监控和管理。正确的数据采集、精确的数据转换以及可靠的数据传输都是保证整个太阳能集热系统精确而稳定的运行的基础。本文设计的分布于现场的各设备管理模块既可作为独立的个体实现设备控制，又随时可以和其它功能模块连接，形成一个具有较高管理水准的新模块。 本文研究开发出的以AT90CAN128为控制器的多通道数据采集模块主要内容包括：一、对现场8路数字参数的实时采集；二、利用四片16位两通道高性能低功耗高速模数转换器AD7705，对现场8路模拟信息的采集；三、由两片12位4通道数模转换芯片MAX525实现控制单片机向现场输出8路模拟控制量，实现对现场温度、角度等模拟量的调节；四、由控制单片机直接输出8路数字信息实现对现场设备的控制。在该模块的设计中利用两片AT90CAN128的串行通信，扩展采集模块接口及存储容量，实现多路数据的采集和传输。分布于现场的数据采集模块将采集到的信息经过简单的处理之后上传给上位机，上位机对接受的数据进行存储，分析，并发送到监控中心，同时对现场采集模块的控制机给出相应的调整信息，控制机对接受的信息分析转换为现场设备可接受信号，实现对现场设备的控制。 本文将整个采集模块的软硬件设计按功能分为不同的部分，包括A/D转换、数字量采集、D/A转换，数字量输出，双机串口通信，调试的过中首先对各部分进行单独的调试，各部分单独调试成功之后再进行联调。调试结果表明该设计基本实现了多通道数据信号的采集、处理、存贮以及与上位机通信的功能。 现场运行结果表明，该测控模块能够在恶劣的环境中能够完成对数据的实时采集，对采集信息的分析处理，与上位机的通信，且模块的设计采用双单片机作为采集模块的控制机，不仅扩大数据的存储量，而且也提高了测控模块应对突发事件的能力。另外，该系统在恶劣的环境下具有较强的抗干扰能力，运行过程稳定可靠，符合设计的要求，可行性和实用性也得到了验证。 【关键词】：数据采集 CAN总线 单片机 双机通信
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1.绪论10-18
• 1.1 课题研究背景10-14
• 1.1.1 太阳能集热发电的现状及前景10-12
• 1.1.2 信息采集的发展现状12-14
• 1.2 课题研究的意义14-15
• 1.3 课题主要完成的任务15-18
• 2 太阳能发电分布式控制系统总体设计方案18-25
• 2.1 太阳能聚光集热发电系统总体构成18-22
• 2.1.1 集热子系统18-19
• 2.1.2 热传输子系统19-20
• 2.1.3 蓄热与热交换子系统20
• 2.1.4 发电子系统20-22
• 2.2 太阳能集热发电分布式控制系统总体结构22-25
• 2.2.1 远程测控模块简介23-24
• 2.2.2 通信协议24-25
• 3 分布式模块硬件设计25-41
• 3.1 分布式控制系统26-27
• 3.2 信息采集电路设计27-32
• 3.2.1 模拟信息采集电路27-31
• 3.2.2 数字信息采集电路31-32
• 3.3 信息输出电路设计32-37
• 3.3.1 模拟量输出电路32-36
• 3.3.2 数字量输出电路36-37
• 3.4 控制器电路37-39
• 3.5 CAN 总线接口设计39-41
• 4. 模块软件设计41-54
• 4.1 采集模块软件设计42-50
• 4.1.1 模数转换42-45
• 4.1.2 双机通信45-50
• 4.2 CAN 接口软件设计50-54
• 4.2.1 CAN 总线报文格式50-51
• 4.2.2 CAN 接口的软件实现51-54
• 5.模块抗干扰设计及调试54-59
• 5.1 模块抗干扰设计54-56
• 5.1.1 硬件的抗干扰设计54-55
• 5.1.2 软件的抗干扰设计55-56
• 5.2 模块调试56-59
• 5.2.1 A/D 转换通道的调试56-57
• 5.2.2 联机调试57-59
• 6.结论59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-63
• 攻读学位期间的研究成果63

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