基于can总线的库房温湿度毕业设计

基于can总线的库房温湿度毕业设计内容摘要：

远程帧）与 其前面帧信息包之间是帧间空间，它由“间隙”和“总线空闲”位域组成。 （ 3） 错误处理 (1) 错误检查 CAN 总线控制器错误类型分为 :位错误，位填充错误， CRC 错误，格式错误，应答错误。 (2) 错误标志 检测到错误后，可发送错误标志来表示错误，一个主动错误标志可引起所有其他节点发生填充错误，位错误或格式错误。 (3) 错误处理 1) 长干扰与短干扰 当 CAN 控制器接收到持续干扰时，必须通知外部 MCU，正常后，又要通知 MCU返回正常操作。 在长干扰期间， CAN 控制器进入总线关闭状态，短干扰不会影响 CAN控制器 的工作。 2) 错误的本地处理 CAN 协议中定义了错误处理的原则，即最大限度的接近错误源，最大限度的反应，最大限度的快速响应。 因此错误大部分被本地处理，而对整体的总线操作影响很小。 3) 错误限制 CAN 控制器超过 127 个错误点后进入被动错误状态，而之前为主动错误状态；当发送错误超过 255 个后， CAN 控制器进入总线关闭状态。 （ 4） 总线仲裁 仲裁期间 ,每个进行发送的节点都将其发送的位电平与监控总线电平进行比较 ,任何发送一个隐性位而监视到一个显性位电平的节点立即变成接收器 ,而不破坏总线上的任何信息 ,等到总线空 闲时 ,再重新发送报文。 一个报文的标识符二进制数值越低 ,其优基于 CAN 总线的库房温湿 度控制系统的设计 8 先级越高。 标识符和 RTR 一起隐含定义了数据帧比远程帧具有更高的优先权。 （ 5） 节点状态 在 CAN 总线上 ,任一节点可处于下列三种状态之一 :错误激活 (Error Active)；错误认可 (Error Passive)；总线关闭 (Bus Off)。 CAN 协议定义了 5 种错误类型 ,并由接收错误寄存器和发送错误寄存器分别对错误进行计数 [13]。 若报文被正确发送或接收 ,则计数器减量 ,否则计数器增量。 两个计数器采用非比例的计数方法。 当两个寄存器的值都不到 127时 ,节点处于错误激活状态 ,可以正常的接收和发送报文 ,当遇到错误时发送活动错误标志。 当其中一个寄存器的值达到 127,节点处于错误认可状态 ,也可以正常接收和发送 ,检测到错误时发送认可错误标志。 当发送寄存器的值大于 255 时 ,节点处于总线关闭状态。 库房温湿度 监控系统的国内外发展现状 随着计算机技术的不断发展和完善，它的可靠性不断提高，价格不断降低，从而在数据处理和工业控制方面得到了越来越广泛的应用，计算机技术用于 库房温湿度 监控系统控制已经取得了喜人的成绩。 与此同时，自动控制技术也在不断发展，出现 了诸如自适应控制、最优化控制、模糊控制和神经网络控制等新的控制方法和技术，这些控制方法已经或正在给 库房温湿度 监控系统 控制技术的发展带来新的活力 . 70年代以后，出现了大规模的集成电路、单片机和微型计算机，它与自动控制技术相结合，在 库房温湿度 监控系统 控制技术实验室、空调设备生产车间、恒温恒湿空调房间及智能化大楼等空调领域得到了广泛的应用，并且大致经历了以下几个发展 阶段 : (I)微机巡回检测数据处理系统。 (2)微机操作指导控制系统。 (3)微机直接数字控制系统 (DDC, Direct Digital Control). (4)微机监督控制系统 (SCC,， Supervisory Computer Control). (5)微机分布式控制系统 (集散控制系统 )，包括三个控制级别 :DDC级、 SCC级和 MIS级(Management Information System) 在国外，计算机测控系统已经转向数字化、多功能集成化、自动调控和数据远程传输。 相应的测试单元做成多功能型，不仅能检测温度，还能测试其他的一些附加成分，每个测试单元均是一个嵌入式 PC，整个系统就形成一个现场总线或者以太网联结的全数字网络；测控软件具备自动收集环境信息 、室外大气温湿度信息并自动判断通风降温的条件，准确把握通风时机以实现控制自动化；同时整个系统将形成局域网或广域网，基于 CAN 总线的库房温湿 度控制系统的设计 9 实现数据远程传输，以便用户及时获得信息以进行行业监管。 纵观国内外的控制技术发展，主要的技术特点如下所示： (1) 数字化。 所有温度、湿度测试单元均采用数字化芯片植入测温电缆，每个测量点作为一个独立的 PC 监控站，各有一个独立的代码，以现场总线方式构成一个数字采集通讯和控制网络； (2) 多功能集成化。 每个检测单元都同时包含粮食温度、湿度传感器，集成在一个数字化电子芯片上，实现综合多功能检 测； (3) 智能化。 该系统能依据测得的温湿度、仓内空气的温湿度和仓外空气的温湿度自动进行对比分析，实现自动超温、超湿报警，自动判断通风熏蒸条件，准确及时把握通风时机、选择通风方式、决策通风时间；避免盲目通风和盲目熏蒸造成不必要的损害，浪费能源和污染环境； (4) 系统标准化。 系统软硬件接口将在数字化基础上实现标准化，所有供货厂家都按照国家或行业制定的统一技术标准生产硬件设备，并在统一的软件信息平台上编制测控软件，使软件系统结构形式统一具有开放性，便于公平竞争、技术进步和网络化管理； (5) 网 络化管理。 未来的粮情测控系统在数字化、多功能集成、自动调控和统一的软硬件接口的基础上实现网络化管理。 整个系统将形成局域网和广域网，实现数据远程传输分级管理，各级管理部门都能足不出而查询所属库房的状况，最高管理机关能通过下属各级管理部门的局域网及时获得各级库房的信息以进行行业监管； (6) 稳定可靠性。 由于系统采用了全数字通讯方式，避免了信号干扰，提高了测量精度，同时减少了从测温点到测温主机之间的分线接线环节，也就减少了故障点，提高了系统工作的稳定性和可靠性； (7) 安全防护措施。 系统采用多级 SPD 防直 击雷、感应雷及电网多次高次谐波产生的浪涌电压和电磁脉冲的损害；所有设备的外露可导电外壳、测温电缆的铠装层和通讯电缆的屏蔽层相互连通成良好电气通路并接地，形成完善的保护接地系统；仓内电缆、分线器件设施采取严格的粉尘防爆、防熏蒸措施，保障系统安全运行以降低故障率，延长设备使用寿命。 现在， 库房温湿度 监控系统 中都或多或少地应用了信息技术和自动控制技术。 空调设备如果能加上计算机控制，那么它的可靠性和运行经济性就很明显，它的用户也就越多。 现在，几乎所有的制冷机组都安装了计算机控制装置，以便根据负荷的变化调整冷量和水量 ，从而保证节能和最优化运行。 基于 CAN 总线的库房温湿 度控制系统的设计 10 课题研究的目的和意义 随着网络时代的到来，电脑技术、自动控制技术在中央 控制 系统工程中的应用日益增多， 库房温湿度 监控系统也越来越朝着智能化、网络化的方向发展 :传统的 库房温湿度监控系统由人到现场根据经验进行简单的调节控制变成了不需要人的“自己对自己”的控制 也就是所说的智能型或智慧型 库房温湿度 监控系统。 智能型或智慧型 库房温湿度 监控系统最主要的特征有两点 :一方面它能在现场“自己对自己”控制、自动运行。 另一方面它还能将“对自己的控制”纳入网络机制，即将自身现场参数 如 :温度、湿度、风量、水量、阀门开启度、电机状态等数据参数通过通讯干线 (网络 )传递给它的上一级中心管理站，并接受和执行上一级中心管理站对它的监控。 现场总线技术的出现使 库房温湿度 监控系统通过网络实现监控的问题能够得到很好的解决。 本课题通过结合 CAN现场总线和 PCI总线设计的通信卡，使 库房温湿度 监控系统中各个分机的各项参数可以通过 CAN总线高速上传到 PC机中，同时实现 PC机对系统中各个分机的控制，提高了系统工作的可靠性、实时性及扩展。 性，实现高精度的温度、湿度控制，具有广阔的推广应用前景。 基于 CAN 总线的库房温湿 度控制系统的设计 11 第 2 章 总体设计 课题的基本任务及要求 本课题是设计一个基于 CAN 总线的库房温湿度控制系统，控制对象是仓库中的空调机与除湿机。 要求能在 20℃ ～ 50℃ 温度范围内控制温度，精度在 177。 1 ℃ ；湿度控制在≤60%。 并具有较好的快速性与较小的超调，以及十进制数码管显示、温度曲线打印等功能。 系统方案 简述 本次控制系统的设计需要完成一个基于 CAN 总线的控制系统， 采用 CAN 总线把每个单片机节点的信息上传到上位机控制系统，然后经过上位机的控制，通过对比设定值和采取预定的算法，输出相应的结果，并 通过信息网络传送到各个节点，控制空气 降 湿机或者空调机的运作从而达到调节控制库房温湿度的目的，实现了复杂控制。 本系统设计由于采用了计算机 时时 监控 ，为了增加系统的时时性和提高系统的经济性本系统 在节点设计时削弱了单片机的作用，因此在本系统设计中采用 8 位的单片机。 为了防止在 网络出现故障时，使温湿度不会失控 ， 也可以在各测控节点进行设置，采用简单的算法，对温湿度进行控制。 温湿度的 PID 控制技术 控制过程中计算机测控系统控制效果的优劣，很重要的问题之一是由算法决定的。 算法建立在控制对象的数学模型上，描述 个控制量与各输出量之间的数学关系。 因此，首先应建立系统的数学模型，并根据数学模型确定系统的控制算法。 控制算法直接影响测控系统的调节品质，是决定整个系统性能指标好坏的关键。 计算机测控系统主要由数字控制器（或称数字调节器）、执行器、测量元件、被控对象组成。 在本次设计中计算机测控对象是大型的库房。 按偏差的比例、积分和微分进行控制即计算机 PID 控制，是连续系统控制理论中技术最成熟，应用最广泛的一种控制技术。 这种算法结构简单，参数调整方便，也在长期的工程实践中总结出来的一套控制方法。 在计算机测控系统中，由于被控对 象的特殊变化，系统的参数经常会发生变化，很难建立精确的数学模型，所以就提出了这个控制技基于 CAN 总线的库房温湿 度控制系统的设计 12 术，根据工程人员的长期经验进行在线调整，从而得到满意的控制效果。 PID 调节按其调节规律可分为比例调节、比例积分调节和比例积分微分调节等。 数字 PID 算法 对被控对象的静态和动态特性的研究表明，由于决大多系统中存在储能部件，使系统对外作用有一定的惯性，这种惯性可以用时间常数来表征。 另外，在能量和传输时还会因各种外部因素导致一些时间上的滞后。 在实时控制中，总是难以避免地受到干扰，因此，为了改善系统的性能，提高 调节品质，除了按偏差的比例调节以外，引入偏差的积分，以克服余差，提高精度，加强对系统参数变化的适应能力，同时可以加入偏差的微分来克服惯性之后，提高抗干扰能力和系统的稳定性。 在确定控制算法时，应注意所选定的控制算法要满足控制速度、控制精度和系统稳定性的要求。 PID 算法的设计 PID 算法程序可以分为位置式和增量式两种，在本次的设计中，采用增量式的算法。 通过根据实际实际测量值与设定值进行比较运算得出控制量。 其离散表达式为： () 其中， tu 为 t 时刻的增量输出 te 为 t 时刻的控制偏差输入 pK ， iK ， dK 分别为比例、积分、微分系数。 tu )(tYX  () X 为设定输入值， )(tY 为实际输出值。                2121  teteteKteKteteKtu dip基于 CAN 总线的库房温湿 度控制系统的设计 13 总体设计方案 本文所介绍的基于 CAN 总线的库房温湿度控制系统，采用 ATMEL 公司的 AT89C52 单片机作为智能节点控制器，这样可以在用较少的成本上对多个测控点的温湿度进行实时测控。 系统的通信可靠、快捷、硬件电路设计和软件电路的设计编程也比较简单通用，可以满足库房环境的智能化管理要求。 系统的总体结构如图 所示。 图 统结构图 系统由上位机、 CAN 接口适配卡和多个测控点组成，节点的数量可以根据库房的大小情况增减。 使用 CAN 总线作为通信网络将各节点连接成一个分布式控制系统，如图 所示。 可以根据预算的灵活地选择各个组件，上位机既可以采用通用的 PC 机或工控机（ IPC），也可以选择较老的 ISA 总线或者现在普遍些的 PCI 总线。 通过在计算机扩展槽使用一块适配卡，使得上位机具有 CAN 总线的通信功能。 各个模块之间的传输介质可以采用经济实惠的双绞线，通信为速率设为 20Kbps 时， CAN 总线任意两节点之间的距离可达到 ，完全可以满足大型库房的需要。 上位机 通过 CAN 通信适配卡与 CAN 总线相连，进行信息交换，负责对整个系统进行监视管理，节点控制器通过 CAN 总线接收上位机的各种操作控制命令和设定参数；实时采集各模拟量输入通道的温湿度值，采集空调、风机、降湿机等设备的开关状态信号。 上位机 通过对接收到的数据进行计算，得到一个。