论文研究-基于CAN总线的智能流量检测仪表与系统的研究 .pdf

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基于CAN总线的智能流量检测仪表与系统的研究,张广,童敏明,本文提出了一种基于CAN总线接口的智能流量检测系统的设计方案。综合应用新型微处理器、计算机软硬件及现场总线技术,开发出集电磁
国科技论文在线 通信模块 总线通信接口电路主要 和高速光耦器件组成。本文采用 隔离 收发器模块取代 和高速光耦器件。通信模块如图所示。 图2CAN模块硬件电路图 系列模块是集成电源隔离、电气隔离、收发器, 总线保护于一体的隔 离收发器模块,该模块 引脚兼容 及控制器,不 需要外接其他元器件,直接将 的控制器发送、接收引脚与 模块的 发送接收引脚相连接。单片机在对数据进行初步处理后将全部数据经总线传送给上位 机进行后续分析处理。 系统抗干扰设计 微处瑆器系统常常面临供电电源上电次序不对稳定性差毛刺等一系列问题。为保证系统 上电时能正确启动,诚少故障造成的影响,并在无人干预或少量干预的情况下,仗系统能自 动恢复正常,常需要配置系统电源监视和自恢复功能。现代微处理器监控芯片是监控和维护 系统可靠运行的有效方法,它们具有低功耗、低价、多功能和小封装的特性。在本系统中, 采用 作为电源监视和看门狗芯片,其电路如图所示。 直流电源 AT 。。 64 图3电源监视及看门狗电络 国科技论文在线 电路中由电阻和分压获得 电源门限值。当脚的电压低于 即电源电压低于额定值时,将产生一个脉冲信号,向发出中断,使完成应急 处理累积流量和重要参数写入 此功能可以亢成电源电压的监测。软件编制时, 使每一程序循环通过的位操作向 看门狗输入端输入一个负脉冲。如果程序出 现“跑飞”现象,当单片机超过秒未向 的看门狗输入端发出脉冲信号,则 内部定时器将会强制将拉到低电平,并通过产生复位信号,使单片机 复位重新从初始状态开始运行,以起到看门狗的作用。经系统实际使用表叨它是一种理想的 电源监视与看门狗电路。另外,系统设计时还使所有输入输出信号和之间实现光电隔 离,使单片机系统工作于浮地状态,不与外芥发生任何电路联系,增强系统可靠性。 系统软件设计 系统初始化 系统主程序流程如图所示。系统上电复位后进行初始化主要包括系统硬件初始化以 及从中读取相关参数,并读取现场的相关设置,如节点修改的参数等。用 一个主循环依次实现液晶显示、数据分析与处理等,系统经初始化后进入到主循环,判断是 否有按链按下或紧急事件发生,然后再执行相关的应用程序。 通信程序设计 通信模块负责接收来自上位机的命令或数据并发送木节点数据。首先进行 的寄存器初始化配置如波特牽,验收滤波器,验收屏蔽码等的设置。然后通过改 变寄存器的值进入待机、接收或发送模式。图、图分别为接收和发送服务程序沉 程图 发送中断 系统初 不使能 始化 状态 进入主循环程序 寄存器 采样处理、信号分析、 香询发送缓冲器 运行其他任务 刷新、故障诊断 是否被锁定? 或简单循环 紧急事 件 将报文写入发 或有键盘按上 送缓冲 置位发送 事件处理程序 请求位 接收程序」 是处于发送完 发送程序 成状态 图 1 Atmega61L主程序 图5发送流程图 国科技论文在线 开中断 为接收 中新 接收缓冲区读 取报文并休存 释放接收缓冲区 处理接收到的报文 开中断 接收缓冲器 为空 返回 图6接收流程图 上位机系统的设计 上位机系统是采用 编写的 下的可视化操作界面 是一种采用事 件驱动方式、面向对象的可视化高级编程语言。本系统采用 编写通信软件。在 的众多串行通信控件中 控件是最简单、功能比较强大的一和。该控件具有 丰富的与串口通信密切相关的属性及事件提供对串口的各种操作。通过 的设计可在 上位杋中直观地显示当前时间及气体浓度通过串口通信还可以执行远程操作。采用 内部的采样定时器可以每隔一段时间对显示的数据进行次刷新从而及时检测数据的变化。 系统实验及分析 在系统总成、联调基础上,根据实验条件,本文对所研发的智能流量检测仪表系统进行 了较完整的技术性能测试,其中主要芯片选型:、电磁流量计型号为 转换和转换模块系统采用 和计数定时芯片组合实现,即 将电压信 号转变为频率信号,而进行定时和计数。 测试条件:、被测仪表系统数目套仪表、仪表,其中仪表选择平均滤波方式, 仪表选择滑动半均法滤波方式;、系统检测方式:总线组內,标准源测试方式; 通讯距离 左右;、测试坏境温度:室温 测试步骤:、按总线通讯技术要求组网;、设置仪衣参数;、各仪衣标定;、 性能测试;、分析测试结果。流量检测数据如表所示 表流量检测实验数据 标准流量 仪表检测结果 仪表检测结果 由所得到的流量实验数据分析可知:仪表的基本误差为,重复性误差为 国科技论文在线 仪表的基本误差为,重复性误差为 ,误差范围符合众多流量检测场合使用条 件。仪表具有以下主要检测功能:、可编程励磁技术,能产生数字化励磁信号;、累积量 保存功能,能对流量累积值进行断电保存;、小信号切除功能,可对外部干扰引起的小信 号进行切除:、量程自动切换功能,能根据被测信号大小自动设置量程;、数字滤波功能, 采用软件对流量信号进行滤波处理;、系统通讯方式,采用 总线通信方式。其他看 门狗功能、抗干扰能力、系统监管功能均可实现,实验证明本系统可推行向用户使用。 小结 本文在完成大量系统软硬件具体开发任务的基础上,还从事了系统试验和完善等工作, 本系统经实验测试表明只冇性能良好、工作可靠、操作直观和结构模垬化等特点。电磁流量 检测系统应用现场总线进行通讯组网可有效克服现有流量检测系统联网困难的缺点 但是本文的研究由于具体条件的限制只进行了少量节点小于点的组网试验,还缺少人 规模站点、多仟务无主结构条件下的系统实验。因此为充分发挥总线技术的优越性, 应进一步深入地开展这方面的系统研究和开发 参考文献 蔡武吕电磁沇量计的现状和进展世界仪表与自动化 () 饶运涛,邹继军,郑勇芸现场总线原理与应用技术北京:北京航空航天大学出版社, 韩觉群控制器 及其应用电子技术应用, 」刚,严辉,夏巍基于总线的煤矿瓦斯报警节点系统的设计工矿自动化, 朱鹏飞,石世宏 下实现上位机与 单片机串行通信自动化仪表,

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