基于CAN总线的网络节点综合检测模块.doc

编号 大学生创新性实验计划项目申请书 项目名称 基于CAN总线的网络节点综合检测模块 所属学院 电气与控制工程学院 申 报 人 尚奔驰 夏俊伟 池洪伟 张鹏 指导教师 职称 填表日期 2010-10-18 实验室与设备管理处 制 大学生创新实验计划项目申请表 项目名称 基于CAN总线的网络节点综合检测模块 申请经费 2000 项 目 组 成 员 基 本 情 况 姓 名 专业及班级 主要角色 联系电话 签 名 尚奔驰 自动化0801 组长 13310941369 夏俊伟 微电子0902 组员 13072952230 池洪伟 电气0903 组员 13119103619 张鹏 电信0903 组员 18710929405 指 导 教 师 情 况 姓 名 职 称 学历/学位 E-mail 联系电话 专业特长 姓 名 职 称 学历/学位 E-mail 联系电话 专业特长 一、申请理由（包括选题背景、意义，项目组成员已具备的知识条件、特长、兴趣等） 背景就目前状况来看，小煤矿事故发生率居高不下，难以做到防范于未然。其主要原因之一是井下信息不畅通，当设备不正常或环境发生剧烈变化时，不能及时的采取相应措施。基于上述原因，我组决定借助CAN现场总线构成的网络结构进行井下与地面的信息传送。 意义这个网络结构能够把大量的井下信息送达地面，并且远程对现场进行诊断、维护和服务，实现从井下控制到检测、管理、决策等各层次的信息交换和集成。工作在生产现场最前端的现场总线，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电和通信，可以满足本征安全防爆要求。因此可以实现对井下各种参数进行检测，实现全局监测，及时准确的了解井下情况，做到防范于未然，降低事故发生率。 知识条件小组成员熟悉C语言和模数电硬件电路搭建，对单片机应用也比较熟悉。其中尚奔驰对硬件设计比较擅长，并且编程经验丰富，池洪伟擅长编程，并且已经能够运用液晶显示数据，夏俊伟擅长编程，并且能够进行部分硬件设计，张鹏擅长51，并且熟练掌握A/D、D/A模块。本设计注重于CAN网络的构建，是基于c8051f040中的CAN模块，主要实现多块单片机的信息交流，对采集的数据保证能够及时上传，并且在规定时间内作出反应。对采集的信息用上位机进行汇总与分析，并且下达指令，实现对现场的监控。考虑到部分传感器价格昂贵，并且部分传感器的调试现场比较复杂，因此我们把项目重点放到对CAN网络构建的调试上，和多机间的信息交流方面。 二、研究目标（所要达到的主要技术指标等） （1）采用C8051F040单片机作为模块控制器,选用PCA82C250作为CAN接受器芯片， 由CAN节点组成CAN网络； （2）选取合适传感器对井下的环境参数（顶部压力、瓦斯浓度、温度、湿度）采集，能够对井下设备运行参数电压、电流、转速的测量，可设置安全参数范围，并能危险报警和及时处理； （3）现场用LCD显示器实时显示，中央控制室用上位机进行综合检测，微机显示拥有友好的人机界面。 （4）传感器信息采集，要求准确、快速，稳定性高。 三、项目方案（包括研究内容、研究方法、实验方案等） 总体实施方案 首先，项目组成员熟悉单片机资源，了解CAN总线协议，掌握网络构建原理，准备主要模块的实现基础。然后具体模块的分布调试及系统的联调，最终系统的优化及总结。 本系统有两个现场，分别对应两个矿道。我们组成员要完成矿道间基于CAN总线的的通讯网络构建，现场状况最终汇总到上位机。两个现场分别能完成各自环境参数、设备运行参数的采集、监测、与总线的数据传输及危险报警和及时响应等功能（可由两个控制器实现）。系统的结构框图如下 上位机 （实时显示） C8051F040 微控制系统 CAN控制器 C8051F040 微控制系统 CAN控制器 调理电路 现场1 环境、设备 运行参数 调理电路 现场2 环境、设备 运行参数 图1.0 （1）采用C8051F040单片机作为控制器内部集成Bosch CAN控制器,选用PCA82C250作为CAN接受器芯片，采集数据经CAN总线汇总到上位机。两个现场对应两个总线的节点，构建简单的通信网络，保证矿道间通讯。 （2）选取合适传感器对井下的环境参数（顶部压力、瓦斯浓度、温度、湿度）采集，能够对井下设备运行电压、电流、电机转速参数进行采集和测量，将从传感器上采集的电流（电压）进行调整，转换成标准电流（电压）可设置安全参数范围，并能危险报警和及时保护。 （3）现场用LCD显示器实时显示，中央控制室用上位机进行综合检测，进行数据分析，并且操控现场进行实时调节，微机显示拥有友好的人机界面。 （4）整体系统联调，书写报告，等待验收。 四、项目创新点、特色和解决的关键技术 （1）井下不同矿道实现基于的节点间网络构建； （2）CAN总线与上位机间数据传递，即PC与总线挂接； （3）对井下信息综合采集方法提出自己解决方案； （4）结合社会，应用性较强，与实际问题联系紧密。 五、项目进度安排（资料查阅、实验方案制定、实验研究、实验数据分析、撰写研究论文和总结报告、结题验收等） 第一阶段重点掌握CAN总线通信原理，调试并组建基于CAN总线的节点网络； 第一阶段编程实现数据采集，外围模块电路搭建； 第三阶段上位机程序编写，并与CAN总线的挂接； 第四阶段整体联调，数据记录，并拟写论文一篇。 六、项目实施已具备的条件（已有工作基础，现有主要仪器设备、人员情况等，对项目实施可行性做出评价） 首先，CAN总线满足工业现场极端条件下人仍能稳定有效保证数据传递；其次，我们项目组成员对C8051F040单片机已经较熟悉内嵌（CAN控制器），只需准备接收器，及总线接口；040单片机已经自带两个AD，并且AD0可采集高压差分信号范围60V以内，方便设备参数的采集。 可行性主要体现在 （1）系统具有互操作性与互用性，结构具有高度分散性，对环境有高度的适应性。 （2）大量资料表明，CAN总线的网络结构可以很好的适应井下恶劣的环境。工作在生产现场最前端的现场总线，是专门为现场环境设计的，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电和通信，可以满足本征安全防爆要求。 （3）小组成员对电子电路和单片机比较熟悉，有参加过2010年TI模数混合电子设计大赛的经历。另外，我们为此题目做了大量的准备工作，结合矿井实际情况，提出了自己的方法。 （4）小组成员已经掌握c8051f040单片机，并且已经调试好数模/模数模块。并且压力传感器、温度传感器都已经调试好。 （5）现有的仪器设备万用表（UT39A），单片机C8051F040，双踪示波器（泰克TAS 485），多路稳压电源（自行设计制作，幅值为15V、12V和5V），温度传感器，压力传感器。 七、预期成果（研究论文、申请专利、研制产品、项目鉴定等） （1）实现基于CAN总线网络节点的综合检测模块系统。 （2）对关键技术基于CAN总线节点组网做较深入的研究。 （4）拟申请专利一个（井下通信的创新）。 （5）拟发表学术论文一篇。 （6）完成详细的总结报告。 八、经费预算 序号 支出项目 金额（元） 1 C8051F040单片机*5 200 2 传感器 500 3 CAN接口、接收器 500 4 系统电源管理 100 5 信号调理部分 200 6 PCB制板 300 7 液晶屏*4 200 合 计 基于CAN总线的网络节点综合检测模块 2000 九、学院审核意见 负责人签名 公 章 年 月 日 十、学校专家组评审意见（含建议经费） 专家组成员签名 专家组组长签名 年 月 日 十一、主管部门审批意见 主管领导签名 年 月 日 8