《基于现场总线的液位检测节点设计》-毕业学术论文（设计）.doc

lw lw 1 绪论 1.1 选题的目的和意义 在工业生产过程中，液位往往是很重要的控制参数，常常需要测量容器中液体的液位。液位测量的目的主要是通过液位测量来确定容器里的原料、半成品或产品的数量，以保证生产过程各环节物料平衡以及为进行经济核算提供可靠的依据。随着各行业的快速发展，液位测量已应用到越来越多的领域，传统的液位测量手段已经无法满足对其精确性的要求，所以基于现场总线的液位检测，这种智能化测量方向已经成为一种新的手段被广泛的应用。 现场总线 CAN作为一种工业网络通讯技术，以其独特的设计思想、优良的实时传输性能和极高的可靠性，越来越受到人们的重视。 本设计就是开发一种基于CAN总线的液位检测节点。CAN总线，实现液位检测系统与工业数字化信息平台的信息共享，具有良好的发展前景。 主要针对液位数据采集和传输。以单片机为核心，以CAN协议总线作为数据传输手段，数据采集模块将采集到的数据转换输送到单片机内进行处理，再由单片机通过CAN通讯模块将液位信息数据经CAN总线传输给中心机房的上位机处理，形成基于现场总线的液位检测节点。 1.2基于现场总线的液位检测技术综述 自20世纪 80 年代开始, 由于微电子计算机、光纤、超声波等高科技的迅猛发展, 在液位自动检测领域出现了种类多样的测量手段, 并且其功能越来越完善,各项性能指标越来越易于适应工业生产的要求,趋于自动化、智能化。 国内外在液位检测方面采用的技术和产品很多,传统的液位计按其采用的测量技术及使用方法分类已多达十余种。由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。 基于现场总线的液位检测技术也因其优点特性而被广泛应用于工业生产过程中。发展现场总线技术已成为工业自动化领域广为关注的焦点课题，国际上现场总线的研究、开发，使测控系统冲破了长期封闭系统的禁锢，走上开放发展的征程，这对中国现场总线控制系统的发展是个极好的机会，也是一次严峻的挑战。 lw 2 CAN总线性能研究 2.1 CAN总线的简介 CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，最初是德国Bosch公司在20世纪80年代初为解决现代汽车内部大量的控制测试仪器与传感器、执行机构之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，主要用于各种过程（设备）检测及控制。 由于CAN总线本身的突出特点，其应用领域目前已不再局限于汽车行业，而向过程工业、机械工业、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。 也因其高性能、高可靠性及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视，国际上已经有很多大公司的产品采用这一技术。CAN已经形成国际标准（IS011898）,并已成为工业数据通信的主流技术之一。 CAN总线是一种有效支持分布式控制或定时控制的串行通讯网络。它以半双工的方式工作、一个节点发送信息、多个节点接收信息，实现了全分布式多机系统,提高了数据在网络中传输的可靠性。 CAN总线的信息存取利用了广播式的存取工作方式，信息可以在任何时候由任何节点发送到空闲的总线上。每个节点的CAN总线接口必须接收总线上出现的所有信息。当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时,它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说,无论数据是否是发给自己的,都对其进行接收。因此各节点都设置有一个接收寄存器。该寄存器接收信息，然后根据信息标文符决定是否读取信息。 每组报文开头的11位字符为标识符,定义了报文的优先级,这种报文格式称为面向内容的编址方案。CAN协议采用短帧数据结构，数据块长度不超过8个字节，传输时间短，受干扰的几率低，保证了通信的实时性。 CAN总线以报文为单位进行数据传送,报文的优先级结合在11位标识符中,具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。总线读取中的冲突可通过位仲裁解决。 CAN总线控制网络一般由CAN总线,传感器、控制器和执行器等通过串行数据线连接起来。它不仅仅是将电缆按树形结构连接起来,其通信协议相当于ISO/OSI参考模型中的数据链路层,网络可根据协议探测和纠正数据传输过程中因电磁干扰而产生的数据错误。CAN网络的配制比较容易,允许任何站之间直接进行通信,而无需将所有数据全部汇总到主计算机后再行处理。 2.2 CAN总线的原理及性能特点 CAN协议是建立在国际标准组织的开放系统互联的七层参考模型基础上的。出于对实时性和降低成本等因素考虑，CAN协议的网络系统结构通常只采用了其中最关键的两层：物理层和数据链路