畢業(yè)設(shè)計(jì)----化工企業(yè)數(shù)據(jù)收集和顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　化工企業(yè)數(shù)據(jù)收集和顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)了無紡布生產(chǎn)車間內(nèi)的一個(gè)CAN總線網(wǎng)絡(luò)。通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可以將現(xiàn)場智能設(shè)備互聯(lián)起來，形成一個(gè)簡單的工控網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)主站和幾個(gè)從站。從站是幾個(gè)智能測控節(jié)點(diǎn)，主要對(duì)生產(chǎn)線的啟停狀態(tài)、鍋爐溫度、布匹的移動(dòng)速度、單卷長度、單卷重量和總產(chǎn)量等數(shù)據(jù)進(jìn)

2、行測量，在現(xiàn)場用LED數(shù)碼管顯示測得的各種數(shù)據(jù)，通過CAN總線將數(shù)據(jù)傳送到主站，并根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制布匹單卷產(chǎn)量和產(chǎn)生溫度報(bào)警。主站主要起到連接CAN總線與上位機(jī)的作用，主站與上位機(jī)之間通過RS232串行接口進(jìn)行通信。此外，還設(shè)計(jì)了掉電保護(hù)電路，可以在突然斷電的情況下對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：CAN總線,溫度測量,重量測量,速度測量,RS232,掉電保護(hù)</p><p&g

3、t;<b>　　Abstract</b></p><p>　　In this project， a CAN(Control Area Network)bus network used in the workshop which produces nonwoven fabric has been designed. With Control Area Network bus， field i

4、ntelligent equipments could be connected into a simple industrial control network. This network includes a master station and some slave stations. Slave stations are several intelligent control equipment，and they are use

5、d to measure the production line is in state of starting or ending、 the temperature of Boiler、 the speed of moving</p><p>　　key word： CAN bus, temperature measuring, weight measuring,</p><p>　　s

6、peed measuring,RS232,losing power protecting</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　1前言- 1 -</b></p><p>　　2總體方案設(shè)計(jì)-

7、 2 -</p><p>　　3通信設(shè)計(jì)- 5 -</p><p>　　3.1基于RS232的單片機(jī)與PC機(jī)通信- 5 -</p><p>　　3.2單片機(jī)CAN總線通信- 5 -</p><p>　　3.2.1 CAN協(xié)議簡介- 5 -</p><p>　　3.2.2 CAN通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)- 8 -<

8、/p><p>　　3.2.3 CAN通信電路設(shè)計(jì)- 12 -</p><p>　　4數(shù)據(jù)采集顯示控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 14 -</p><p>　　4.1溫度采集顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 14 -</p><p>　　4.1.1溫度測量方案- 14 -</p><p>　　4.1.2信號(hào)放大- 16 -</p>&

9、lt;p>　　4.1.3 AD轉(zhuǎn)換- 17 -</p><p>　　4.1.4 LED顯示- 17 -</p><p>　　4.1.5 PT100的現(xiàn)場安裝- 18 -</p><p>　　4.1.6 溫度值計(jì)算- 19 -</p><p>　　4.2重量采集顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 20 -</p><p&g

10、t;　　4.2.1應(yīng)變稱重原理- 20 -</p><p>　　4.2.2稱重傳感器產(chǎn)品- 21 -</p><p>　　4.2.3 AD轉(zhuǎn)換- 22 -</p><p>　　4.3速度位移測量及單卷產(chǎn)量控制- 23 -</p><p>　　4.3.1速度測量原理- 24 -</p><p>　　4.3.2速

11、度測量方案- 24 -</p><p>　　4.3.3繼電器驅(qū)動(dòng)電路- 26 -</p><p>　　5電源設(shè)計(jì)級(jí)掉電保護(hù)- 28 -</p><p>　　5.1正負(fù)5V直流穩(wěn)壓電源- 28 -</p><p>　　5.2精確5V電源設(shè)計(jì)- 29 -</p><p>　　5.3掉電保護(hù)設(shè)計(jì)- 30 -<

12、;/p><p>　　6結(jié)論- 32 -</p><p>　　7總結(jié)與體會(huì)- 33 -</p><p>　　8致謝- 34 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 35 -</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　電路原理圖（見資料袋內(nèi)）</p&g

13、t;<p>　　Protel原理圖及PCB圖（見光盤）</p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)特別是微型計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的智能設(shè)備被應(yīng)用于生產(chǎn)中。工程師們利用這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)了車間的自動(dòng)化或半自動(dòng)化系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System），又稱集散控制系統(tǒng)，是相

14、對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。它是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)，通信、顯示和控制等技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。</p><p>　　工程師站是對(duì)DCS進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其主要功能是提供對(duì)DCS進(jìn)行組態(tài)，配置工作的

15、工具軟件（即組態(tài)軟件），并在DCS在線運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)地監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使DCS隨時(shí)處在最佳的工作狀態(tài)之下。與集中式控制系統(tǒng)不同，所有的DCS都要求有系統(tǒng)組態(tài)功能，可以說， 沒有系統(tǒng)組態(tài)功能的系統(tǒng)就不能稱其為DCS。</p><p>　　本次的設(shè)計(jì)內(nèi)容就是一個(gè)簡單的DCS系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是一個(gè)化工企業(yè)的無紡布生產(chǎn)車間的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集控

16、制系統(tǒng)。紡織生產(chǎn)要求車間對(duì)成品單卷產(chǎn)量、總產(chǎn)量等進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和監(jiān)控，每兩條生產(chǎn)線旁安裝一臺(tái)計(jì)算機(jī)，通過RS232通信口與下位機(jī)連接，從下位機(jī)中取得車速、溫度、啟停狀態(tài)、成品單卷產(chǎn)量、總產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，并根據(jù)定單要求自動(dòng)設(shè)置下位機(jī)中的參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)中還要具有包括鍵盤輸入、數(shù)據(jù)顯示、溫度信號(hào)和重量信號(hào)讀取、串行通訊、繼電器控制和掉電保護(hù)等功能。對(duì)于這樣的系統(tǒng)，采用廉價(jià)的單片機(jī)作為控制器是比較合適的。在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一個(gè)主站和多個(gè)從站，從站完成各

17、種數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動(dòng)控制等功能，主站集中管理各個(gè)從站?？偩€是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)站點(diǎn)互聯(lián)的紐帶，CAN總線是一種成熟、可靠、廉價(jià)的現(xiàn)場總線，適合用在本系統(tǒng)之中。</p><p><b>　　2總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求，需要設(shè)計(jì)一個(gè)工控網(wǎng)絡(luò)，對(duì)車間里成品單卷產(chǎn)量、總產(chǎn)量等進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和控制，并向ERP系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)及接收來自上位機(jī)的數(shù)據(jù)和指令。

18、</p><p>　　這就要求系統(tǒng)以總線為紐帶，將分散的智能節(jié)點(diǎn)（單片機(jī)測量控制節(jié)點(diǎn)）互聯(lián)起來，形成一個(gè)可以相互通信、共同完成測控任務(wù)的控制網(wǎng)絡(luò)。國際IEC1158標(biāo)準(zhǔn)定義：現(xiàn)場總線是一種互聯(lián)現(xiàn)場自動(dòng)化設(shè)備及控制系統(tǒng)的雙向數(shù)字化通信協(xié)議。利用現(xiàn)場總線，可以將現(xiàn)場智能裝置組建成為全數(shù)字化、多變量、雙向、多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　1993年由德國Bosch公司推出的CAN（contro

19、ller area network控制局域網(wǎng)），就是一種實(shí)用的現(xiàn)場總線，廣泛應(yīng)用于汽車監(jiān)控、開關(guān)量控制、制造業(yè)。</p><p><b>　　1)RS232總線</b></p><p>　　RS232標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，具有的不足之處：接口信號(hào)電平值較高，容易損壞接口電路芯片，與TTL電平不兼容，傳輸速率低，異步傳輸時(shí)，波特率為20kbps，采用共地傳輸，容易產(chǎn)生共模干擾，

20、最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值僅為50英尺，實(shí)際只能用于50米左右。</p><p><b>　　2)RS485總線</b></p><p>　　RS485總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸速度也比RS232總線快得多，接口信號(hào)電平比RS232低，不易損壞接口芯片，與TTL電平兼容，最高傳輸速率可達(dá)到10Mbps，最長傳輸距離最長1200米。</p>

21、;<p>　　RS485總線的不足：RS485總線只存在一個(gè)簡單的沒有硬件通信協(xié)議的物理</p><p>　　層，其通信協(xié)議完全依賴軟件的支持，增加了系統(tǒng)軟件的負(fù)擔(dān)，并且在沒有可靠的總線競爭仲裁與幀重發(fā)機(jī)制的情況下，數(shù)據(jù)丟失率幾乎正比于總線數(shù)據(jù)流通量。RS485總線組成的測控網(wǎng)絡(luò)如圖2-1所示。</p><p><b>　　3)CAN總線</b><

22、/p><p>　　CAN總線數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。支持多主方式，信息分級(jí)，高優(yōu)先級(jí)先傳輸，非破壞性總線仲裁技術(shù)，通信方式有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、全局廣播，通信距離最高可達(dá)到10km、速率最高為1000kbps。節(jié)點(diǎn)數(shù)取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，可達(dá)110個(gè)，采用短幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸格式，CRC校驗(yàn)檢錯(cuò)，出錯(cuò)嚴(yán)重時(shí)，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)關(guān)閉輸出功能。CAN總線相對(duì)其他現(xiàn)場總線而言，通信協(xié)議比較簡單，開發(fā)技術(shù)成熟，軟件工作量

23、小易于實(shí)現(xiàn)。由于CAN總線有這樣的特點(diǎn)，在工控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用?；贑AN總線的數(shù)據(jù)收集和顯示系統(tǒng)如圖2-2所示。</p><p><b>　　3通信設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)要求上位機(jī)通過RS232通信口與下位機(jī)連接，并且下位機(jī)與上位機(jī)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，設(shè)計(jì)中選用CAN總線實(shí)現(xiàn)各智能現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)，故通信設(shè)計(jì)主要是單片機(jī)通過RS232接口與PC機(jī)通信和

24、單片機(jī)間的CAN總線通信</p><p>　　3.1基于RS232的單片機(jī)與PC機(jī)通信</p><p>　　RS232接口使用的是RS232電平，PC機(jī)的RS232C串口采用負(fù)邏輯，即邏輯“1”為-3V～-15V，邏輯“0”為+3V～+15V，不能與TTL電平兼容，要使單片機(jī)能夠與PC機(jī)通信，必須使用電平轉(zhuǎn)換電路使電平統(tǒng)一。圖4.1就是一種常用的電平轉(zhuǎn)換電路，RS232C電平與TTL電平可

25、以通過max232芯片轉(zhuǎn)換得到統(tǒng)一。</p><p>　　圖3-1 232串口通信電路</p><p>　　3.2單片機(jī)CAN總線通信</p><p>　　3.2.1 CAN協(xié)議簡介</p><p>　　CAN報(bào)文的四種幀類型</p><p>　　a.數(shù)據(jù)幀： 數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的位場組

26、成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、應(yīng)答場、幀結(jié)束。</p><p>　　b.遠(yuǎn)程幀： 總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送具有同一識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀。遠(yuǎn)程幀由6個(gè)不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場、幀結(jié)束。</p><p>　　c.錯(cuò)誤幀： 任何單元檢測到一總線錯(cuò)誤時(shí)就發(fā)送錯(cuò)誤幀。錯(cuò)誤幀由兩個(gè)不同的場組成。第一個(gè)場是錯(cuò)誤標(biāo)志，用做為不同站提供錯(cuò)誤標(biāo)志的疊加；第二個(gè)

27、場是錯(cuò)誤界定符。</p><p>　　d.超載幀： 用來在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）之間提供一附加的延時(shí)。超載幀包括兩個(gè)位場：超載標(biāo)志和超載界定符</p><p><b>　　CAN數(shù)據(jù)幀格式</b></p><p>　　圖3-2 CAN總線數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　a.幀起始</

28、b></p><p>　　幀起始標(biāo)志數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，由一個(gè)單獨(dú)的“0”位組成。</p><p><b>　　b.仲裁場</b></p><p>　　圖3-3 CAN2.0A的仲裁場的組成</p><p>　　仲裁場包括標(biāo)識(shí)符ID和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位（RTR）。</p><p>　　對(duì)于

29、CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)識(shí)符的長度為11位。RTR位在數(shù)據(jù)幀中必須是顯性位，而在遠(yuǎn)程幀必須為隱性位。對(duì)于CAN2.0，標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的仲裁場不同。在標(biāo)準(zhǔn)格式中，仲裁場由11位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位組成。在擴(kuò)展格式中，仲裁場由29位標(biāo)識(shí)符和替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求位（SRR） 、標(biāo)志位（IDE）和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位組成。仲裁場的作用之一是說明數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀發(fā)送目的地；之二是指明數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀。</p><p><b>

30、　　c.控制場</b></p><p>　　控制場由6個(gè)位組成，其結(jié)構(gòu)如圖9.7所示。標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的控制場格式不同。標(biāo)準(zhǔn)格式里的幀包括數(shù)據(jù)長度代碼、IDE位（為顯性位，見上文）及保留位r0。擴(kuò)展格式里的幀包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個(gè)保留位：r1和r0。其保留位必須發(fā)送為顯性，但是接收器認(rèn)可“顯性”和“隱性”位的任何組合。數(shù)據(jù)長度代碼（標(biāo)準(zhǔn)格式以及擴(kuò)展格式）DLC（data length code），如

31、表 3-1所示。</p><p>　　圖3-4 控制場結(jié)構(gòu)</p><p>　　表3-1數(shù)據(jù)幀長度代碼DLC</p><p><b>　　d.數(shù)據(jù)場</b></p><p>　　數(shù)據(jù)場為0～8個(gè)字節(jié)的有效數(shù)據(jù)，如果需要一次發(fā)送的數(shù)據(jù)大于8個(gè)字節(jié)，則要用多個(gè)數(shù)據(jù)幀，各數(shù)據(jù)幀按照一定的順序進(jìn)行分組發(fā)送，在接收端再重新組合

32、成一個(gè)整體的信息數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　e.CRC場</b></p><p>　　CRC場包括15位的CRC序列和一位CRC定界符。</p><p><b>　　f.應(yīng)答場</b></p><p>　　應(yīng)答場是兩個(gè)位時(shí)間的長度，包括一個(gè)應(yīng)答間隙和一個(gè)應(yīng)答定界符。</p>&

33、lt;p><b>　　g.幀結(jié)束</b></p><p>　　每一個(gè)數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀均由一標(biāo)志序列界定，這個(gè)標(biāo)志序列由7個(gè)“1”組成。</p><p>　　3.2.2 CAN通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　CAN通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)由CAN控制器完成。下面介紹一種應(yīng)用最為廣泛的獨(dú)立CAN控制器SJA1000。CAN控制器SJA1000的結(jié)構(gòu)如

34、圖3-5所示，主控制器上的８位的數(shù)據(jù)被傳送到SJA1000之后，SJA1000將數(shù)據(jù)打包，形成符合CAN通信協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過收發(fā)器傳送到CAN總線上，發(fā)送到其他智能節(jié)點(diǎn)。接收的節(jié)點(diǎn)再以相反的方式，將接收到的CAN數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換為８位二進(jìn)制數(shù)，傳給單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了智能節(jié)點(diǎn)之間的有效通信。有CAN總線協(xié)議的支持，智能節(jié)點(diǎn)之間就可以實(shí)現(xiàn)最快1000kbps，最遠(yuǎn)10ｋｍ的通信。</p><p>　　圖3-5　　SJA

35、1000的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　SJA1000的重要寄存器設(shè)置</p><p>　　SJA1000 的兩個(gè)工作模式（Basic 和Peli）所使用的寄存器數(shù)目不同，功能也不盡相同。Basic CAN 有從0-31 共32 個(gè)寄存器可用，Peli CAN 有從0-127 共128 個(gè)寄存器可用。要實(shí)現(xiàn)CAN通訊，主要就是配置這些寄存器。</p><p>　　1）

36、控制寄存器（CR）</p><p>　　控制寄存器位于SJA1000寄存器區(qū)的0地址,用來設(shè)置CAN總線的模式和各種中斷。在硬啟動(dòng)或總線狀態(tài)位設(shè)置為1（總線關(guān)閉）時(shí),復(fù)位請(qǐng)求位被置為1.在外部復(fù)位期間,微控制器不能把復(fù)位請(qǐng)求位置為0。如果要把復(fù)位請(qǐng)求位置為0,微控制器必須先檢查這一位,以確定外部復(fù)位引腳不為低電平。復(fù)位請(qǐng)求位被設(shè)為0后,SJA1000將會(huì)等待：1個(gè)總線空閑信號(hào)（11個(gè)弱勢位）,如果前一次復(fù)位請(qǐng)求是

37、硬件復(fù)位或CPU初始復(fù)位;等待128個(gè)總線空閑,如果前一次復(fù)位請(qǐng)求是CAN控制器在重新進(jìn)入總線開啟模式前初始化總線造成的。</p><p>　　2）命令寄存器（CMR）</p><p>　　命令寄存器對(duì)微控制來說是只寫存儲(chǔ)器。在復(fù)位模式和工作模式下都可對(duì)此寄存器進(jìn)行訪問,但是讀這個(gè)地址返回值是“11111111”。將睡眠模式位置為1,SJA1000進(jìn)入睡眠模式,此時(shí)沒有總線活動(dòng),沒有中斷等

38、待。CMR.3位是用來清除由數(shù)據(jù)溢出狀態(tài)位指出的數(shù)據(jù)溢出。如果數(shù)據(jù)溢出位被置位,就不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出中斷了。在釋放接收緩沖器命令的同時(shí),可以發(fā)出清除數(shù)據(jù)溢出命令。讀接收緩沖器之后,微控制器可以通過設(shè)置釋放接收緩沖器為1,來釋放接收隊(duì)列當(dāng)前信息的內(nèi)存空間。</p><p>　　3）狀態(tài)寄存器（SR）</p><p>　　狀態(tài)寄存器對(duì)微控制器來說是只讀存儲(chǔ)器,當(dāng)傳輸錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器超過限制（255）（

39、總線狀態(tài)位置1,即總線關(guān)閉）,CAN控制器就會(huì)將復(fù)位請(qǐng)求位置1,在錯(cuò)誤中斷允許的情況下,會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤中斷。這種狀態(tài)會(huì)持續(xù)到CPU清除復(fù)位請(qǐng)求位。對(duì)于錯(cuò)誤狀態(tài)位,當(dāng)至少有一個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器滿或超出CPU警告限制（96）時(shí),錯(cuò)誤狀態(tài)位被置位。在中斷使能的情況下,會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤中斷。4）中斷寄存器（IR）</p><p>　　通過中斷寄存器可識(shí)別中斷源。當(dāng)寄存器的1位或多位被置位時(shí),INT（低電平有效）引腳被激活。寄存器被

40、微控制器讀過之后,所有會(huì)導(dǎo)致INT引腳上的電平變化的位被復(fù)位。中斷寄存器對(duì)微控制而言是只讀存儲(chǔ)器。中斷寄存器各位的功能說明如表4所列。</p><p>　　５)驗(yàn)收代碼寄存器（ACR）</p><p>　　表3-2 ACR 的位分配 CAN 地址4</p><p>　　驗(yàn)收代碼位 AC.7-AC.0 和信息識(shí)別碼的高8 位ID.10-ID.3 相等且與驗(yàn)收

41、屏蔽位AM.7-AM.0的相應(yīng)位相或?yàn)? ,即如果滿足以下方程的描述則被接收。</p><p>　　[ID xnor ACR]or(AMR)=1　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３-１）</p><p>　　6 )驗(yàn)收屏蔽寄存器(AMR)</p><p>　　表3-3 AMR 位配置 CAN 地址5</p><p>　　7)總線定

42、時(shí)寄存器0 (BTR0)</p><p>　　總線定時(shí)寄存器0 定義了波特率預(yù)設(shè)值BRP 和同步跳轉(zhuǎn)寬度SJW 的值復(fù)位模式有效時(shí)這個(gè)寄存器是可以被訪問讀/寫的。如果選擇的是 PeliCAN 模式此寄存器在工作模式中是只讀的在BasicCAN 模式中總是FFH</p><p>　　表3-4 總線定時(shí)寄存器0 BTR0 的位功能說明CAN 地址6</p><p>&

43、lt;b>　　波特率預(yù)設(shè)值BRP</b></p><p>　　CAN 系統(tǒng)時(shí)鐘tSCL 周期是可編程的而且決定了相應(yīng)的位時(shí)序CAN 系統(tǒng)時(shí)鐘，由如下公式計(jì)算。</p><p>　　tSCL=2 tCLK (32 BRP.5+16 BRP.4+8 BRP.3+4 BRP.2+2 BRP.1+BRP.0+1)?。ǎ?２）</p><p>　　這里tCL

44、K 等于晶振的頻率周期1/fXTAL。</p><p>　　同步跳轉(zhuǎn)寬度(SJW) </p><p>　　為了補(bǔ)償在不同總線控制器的時(shí)鐘振蕩器之間的相位偏移任何總線控制器必須在當(dāng)前傳送的相關(guān)信號(hào)邊沿重新同步跳轉(zhuǎn)寬度定義了每一位周期可以被重新同步縮短或延長的時(shí)鐘周期的最大數(shù)目</p><p>　　tSJW=tSCL (2 SJW.1+SJW.0+1)　　　　　　　　　

45、　　　　　　　　　?。ǎ?３）</p><p>　　8)總線定時(shí)寄存器BTR1</p><p>　　總線定時(shí)寄存器1 定義了每個(gè)位周期的長度采樣點(diǎn)的位置和在每個(gè)采樣點(diǎn)的采樣數(shù)目。在復(fù)位模式中這個(gè)寄存器可以被讀/寫訪問在PeliCAN 模式的工作模式中這個(gè)寄存器是只讀的在BasicCAN 模式中總是FFH</p><p>　　表3-5 總線定時(shí)寄存器1 BTR1 的各

46、位功能說明CAN 地址7</p><p>　　SAM=1 三倍;總線采樣三次;建議在低/中速總線(A和B級(jí))上使用,這對(duì)過濾總線上的毛刺波是有益的</p><p>　　SAM =0 單倍;總線采樣一次;建議使用在高速總線上(SAE C級(jí))</p><p>　　時(shí)間段1 TSEG1 和時(shí)間段2 TSEG2決定了每一位的時(shí)鐘數(shù)目和采樣點(diǎn)的位置這里</p>

47、<p>　　tSYNCSEG=1 tSCL　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。ǎ?４）</p><p>　　tTSEG1=tSCL（8 TSEG1.3+4 TSEG1.2+2 TSEG1.1+TSEG1.0+1）　　　　　?。ǎ?５）</p><p>　　tTSEG2=tSCL（ 4 TSEG2.2+2 TSEG2.1+TSEG2.1+1）　　　　　　

48、　　　　?。ǎ?６）</p><p>　　TBIT=Tsync+tSEG1+TSEG2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。ǎ?７）</p><p>　　波特率＝1/TBIT             

49、60;                  　　　　　　　　　　　　　　　　?。ǎ?８）</p><p>　　設(shè)置好BTR0和BTR1參數(shù)后，實(shí)際傳輸?shù)挠行Рㄌ芈史秶鸀椋鹤畲蟛ㄌ芈剩?/(tBIT－tSJW) ，最小波特率＝1(

50、tBIT＋tSJW)                         </p><p>　　3.2.3 CAN通信電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-6

51、 CAN通信電路設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖所示，電路主要有四部分組成：主控制器89C51單片機(jī)、獨(dú)立CAN控制器SJA1000、高速光耦6N137、CAN總線驅(qū)動(dòng)器82C250。</p><p>　　SJA1000的AD0～AD7與單片機(jī)的P0口相連，RD、WR分別于單片機(jī)的對(duì)應(yīng)引腳相連，為增強(qiáng)CAN節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，SJA1000的TX0和RX0引腳不直接連接CAN總線驅(qū)動(dòng)器82C2

52、50的TXD與RXD，而是通過高速光耦連接，這樣就很好的實(shí)現(xiàn)了電氣隔離。</p><p>　　82C250與CAN總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施，82C250的CANH和CANL引腳各自通過一個(gè)5Ω的電阻與CAN總線相連，電阻的限流作用可以保護(hù)82C250免受過流沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30pF的電容可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外在兩CAN總線輸入端與地

53、之間分別接一個(gè)防雷擊管，當(dāng)兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬變干擾時(shí)，通過二極管放電可以起到一定的保護(hù)作用。82C250上的Rs腳上皆有一個(gè)斜率電阻。其取值一般在16～140KΩ之間。</p><p>　　表3-6 RS選擇的三種工作方式：</p><p>　　在高速工作方式下,發(fā)送器輸出晶體管簡單地以盡可能快的速度啟閉。在這種方式下,不采取任何措施限制上升和下降斜率。建議使用屏蔽電纜以避免射頻干擾

54、問題。通過將引腳8接地,可選擇高速方式。</p><p>　　對(duì)于較低速度或較短總線長度,可用非屏蔽雙絞線或平行線作總線。為降低射頻干擾,應(yīng)限制上升和下降斜率。上升和下降斜率可通過由引腳8至地連接的電阻進(jìn)行控制。斜率正比于引腳8上的電流輸出。</p><p>　　若引腳8加有高電平,則電路進(jìn)入低電流待機(jī)方式。在這種方式下,發(fā)送器被關(guān)掉,而接收器轉(zhuǎn)至低電流。由于在待機(jī)方式下,接收器是慢速的,

55、因此,第一個(gè)報(bào)文將被丟失。</p><p>　　為了提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)淠芰Γ?CA N 總線兩端需要接有抑制反射的終端電阻， 它對(duì)匹配總線阻抗起著非常重要的作用，如果忽略此電阻， 會(huì)使數(shù)字通信的抗干擾性和可靠性大大降低， 甚至無法通信.。終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號(hào)反射在通信過程中，有兩種信號(hào)因?qū)е滦盘?hào)反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。 終端電阻的大小由CAN節(jié)點(diǎn)的多少和距離決定，最小值為118Ω，本次設(shè)計(jì)節(jié)

56、點(diǎn)少且距離短，可以取120Ω。</p><p>　　4數(shù)據(jù)采集顯示控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1溫度采集顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　常用的溫度傳感器有：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTD) 、IC溫度傳感器、聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器等。從成本、量程等方面考慮，最終選擇熱電阻傳感器。</p><p>　　金屬

57、熱電阻的感溫元件有石英套管十字骨架結(jié)構(gòu)，麻花骨架結(jié)構(gòu)得桿式結(jié)構(gòu)等。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。工業(yè)測量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵-鎳、鎢、銀等。Pt100就是最常用的熱電阻傳感器之一。</p><p>　　PT100的量程為-200～650℃，0℃時(shí)其電阻值為100歐姆。</p><p><b>　　溫度測量方案</b><

58、/p><p>　　PT100的電阻值隨溫度的變化而變化，溫度為-200℃時(shí)，電阻為18.5Ω，溫度為0℃時(shí)，電阻為100Ω，溫度為650℃時(shí)，電阻為332.79Ω。其阻值與溫度之間的關(guān)系是非線性關(guān)系，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系見PT100的分度表。阻值大小能體現(xiàn)溫度高低，測量溫度的實(shí)質(zhì)就是測量PT100的電阻值。</p><p>　　溫度采集顯示系統(tǒng)框圖</p><p>　　4.1.

59、1溫度測量方案</p><p>　　常用的電阻測量的方法一般有兩種，即電橋法和利用恒流源測電阻的方法。</p><p>　　如圖4-2所示，PT100的電阻值變化導(dǎo)致輸出電壓Uo的變化，測量Uo的大小即可間接求出電阻的變化和溫度的大小。但是，其電阻與輸出電壓的關(guān)系比較復(fù)雜，應(yīng)用于智能儀表方面會(huì)增加系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難度。圖4-3是恒流源測電阻的示意圖，如果能流過電阻的電流是一個(gè)恒定的值，那么電

60、阻兩端的電壓就易于計(jì)算了，即R=Uo/I，電阻值與電壓信號(hào)之間呈簡單的線性關(guān)系，這樣系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)就得到簡化。</p><p>　　圖4-2 單臂橋式測電阻 圖4-3 恒流源測電阻</p><p>　　恒流源電路的設(shè)計(jì)，有用三極管構(gòu)成的，有用專門的恒流管，也有用價(jià)格低廉的器件通過比較巧妙的設(shè)計(jì)構(gòu)成的。本系統(tǒng)主要采用價(jià)格低廉的運(yùn)放OP-07和2.5V基準(zhǔn)電壓集成芯片LM3

61、36-2.5構(gòu)成高質(zhì)量的恒流源。恒流源原理圖如圖5-4所示。由于運(yùn)放虛地的結(jié)果，造成OP-07的反相輸入端為0V，而圖中電阻R13的下端由于使用精密的基準(zhǔn)電壓源LM336-2.5，外加調(diào)整電路，該點(diǎn)電壓被確定為-2.5V，由于運(yùn)放的輸入阻抗極高，輸入端可以認(rèn)為不吸人電流，可以認(rèn)為R13電阻上流過的電流大小固定而且一定等于OP-07輸出端流人Ptl00溫度傳感器的電流，從而達(dá)到恒流的效果。恒流源的電流大小由R13確定。 </p>

62、;<p>　　圖4-4 恒流源溫度測量電路</p><p><b>　　4.1.2信號(hào)放大</b></p><p>　　由于測量得到的電壓信號(hào)微弱，達(dá)不到AD轉(zhuǎn)換所需的電壓，所以要將電壓信號(hào)放大。儀用放大器AD620、AD622等集成芯片是比較理想的放大器。這兩種放大器很相似，本文對(duì)AD620作一個(gè)簡單介紹。</p><p>

63、　　圖4-5 AD620管腳圖</p><p>　　AD620的核心為三級(jí)運(yùn)放，它的增益可以根據(jù)需要調(diào)整，調(diào)整范圍為1～1000。最大誤差在±0．3％之內(nèi)。AD620主要技術(shù)指標(biāo)和特點(diǎn)：</p><p>　　a.僅用一個(gè)外接電阻設(shè)置增益，增益范圍為1^1000</p><p>　　增益A= (49. 4 kΩ/Rg) + 1；

64、 （4-1）</p><p>　　b.電源電壓范圍寬: ±2.3V～± 18V；</p><p>　　c.性能優(yōu)于3個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器；</p><p>　　d.低功耗，電源電流最大為1. 3mA；</p><p>　　e.優(yōu)良的直流性能：輸人失調(diào)電壓小于50uV，輸人失調(diào)漂移<0.

65、6A/0C，輸人偏置電流<1nA。，共模抑制比>100dB；</p><p>　　f.低噪聲，輸人信號(hào)帶寬120kHz(A=100)。</p><p>　　4.1.3 AD轉(zhuǎn)換</p><p>　　經(jīng)放大的電壓信號(hào)是一個(gè)模擬量，而單片機(jī)只可以處理數(shù)字信號(hào)，所以需要將AD620輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)?？紤]到溫度測量系統(tǒng)中需要對(duì)多點(diǎn)進(jìn)行測量，需選用多

66、通道的AD轉(zhuǎn)換器。由于需要測量的溫度范圍大概有幾百度，若以600度計(jì)算，采用10位AD轉(zhuǎn)換器，測量精度為600/1024=0.586oC；采用12位AD轉(zhuǎn)換器，測量精度為600/4096=0.1465oC。本次設(shè)計(jì)使用11通道12位AD轉(zhuǎn)換器TLC2543。TLC2543使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成，由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51系列單片機(jī)的I／O資源．其特點(diǎn)有：</p><p>　　a.12 bit分辨率A／

67、D轉(zhuǎn)換器；</p><p>　　b.在工作溫度范圍內(nèi)10u s轉(zhuǎn)換時(shí)間；</p><p>　　c.11個(gè)模擬輸入通道；</p><p>　　d.3路內(nèi)置自測試方式；</p><p>　　e.采樣率為66 kb／s；</p><p>　　f.線性誤差+1LSB(max)；</p><p>　　g.

68、有轉(zhuǎn)換結(jié)束(EOC)輸出；</p><p>　　h.具有單、雙極性輸出；</p><p>　　i.可編程的MSB或LSB前導(dǎo)；</p><p>　　j.可編程的輸出數(shù)據(jù)長度．</p><p>　　圖 4-6 TLC2543管腳圖</p><p>　　4.1.4 LED顯示</p><p>　

69、　顯示電路采用MAX7219專用數(shù)碼管顯示電路。MAX7219使用靈活，不占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，僅使用3個(gè)單片機(jī)I/O口就能完成顯示8位共陰極LED的任務(wù)。其峰值電流可以達(dá)到40mA，最高串行掃描速率為10MHz，典型掃描速率為1300MHz。</p><p>　　MAX7219內(nèi)部有14個(gè)控制寄存器，寫入DIG0～DIG8的值即可使LED顯示對(duì)應(yīng)數(shù)值。</p><p>　　表4-1 MA

70、X7219內(nèi)部控制寄存器的功能</p><p>　　圖4-7 LED顯示電路</p><p>　　4.1.5 PT100的現(xiàn)場安裝</p><p>　　因?yàn)闇囟葌鞲衅髦苯咏釉诤懔髟措娐分校詼囟葌鞲衅髟诂F(xiàn)場的安裝對(duì)于本系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的，如果安裝方法不當(dāng)，就會(huì)直接造成設(shè)計(jì)的失敗。</p><p>　　兩線制接法和兩線制接法常應(yīng)用于電

71、橋法測量中，四線制接法常用于恒流源測量法。如圖4-8所示，</p><p>　　圖4-8 兩線制接法 圖4-9 四線制接法</p><p>　　Pt100鉑熱電阻溫度傳感器需安裝在現(xiàn)場測量溫度。如圖4-8所示，如果采用兩線制接法，就會(huì)由于不同的測量現(xiàn)場，線路長度的不一造成線路阻抗的不一;而且該線路的阻抗與溫度傳感器的阻值都成了反映溫度變化的

72、變量，直接送人后級(jí)放大器，這樣顯然是不合理的。如果采用四線制接法，如圖4-9所示，導(dǎo)線1、4的電阻不會(huì)引起恒流源電流的變化，由于AD620的輸入阻抗極高，可以認(rèn)為導(dǎo)線2、3線上沒有電流通過，導(dǎo)線電阻不產(chǎn)生壓降，輸入AD620的電壓就是PT100兩端的電壓。故系統(tǒng)可完全不考慮多個(gè)測點(diǎn)到達(dá)本測量系統(tǒng)的距離不一的問題。因此，四線制盡管多花消了線路成本，但達(dá)到了高精度的目標(biāo)，這對(duì)于本高精度的溫度測量系統(tǒng)來說是非常關(guān)鍵的。</p>

73、<p>　　4.1.6 溫度值計(jì)算</p><p>　　現(xiàn)場溫度與PT100的電阻值的關(guān)系是非線性關(guān)系。其具體對(duì)應(yīng)關(guān)系見PT100的分度表。根據(jù)《工業(yè)Cu、Pt電阻檢定規(guī)程》的計(jì)算方法，得出以下溫度計(jì)算方程：</p><p>　　在-200oC～0 oC的情況下，R（t）=R（0）[1+At+Bt2+C（t-100）t3）] （4-2）</p>&l

74、t;p>　　在0oC～650 oC的情況下, R（t）=R（0）（1+At+Bt2） （4-3）</p><p>　　其中A=3.9083*10-3，B=-5.775*10-7，C=-4.183*10-3</p><p>　　經(jīng)驗(yàn)證比較，該曲線與PT100分度表擬合良好。</p><p>　　4.2重量采集顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)&

75、lt;/p><p>　　稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、壓電式、電阻應(yīng)變式等，以電阻應(yīng)變式使用最廣。</p><p>　　圖4-10 重量采集顯示系統(tǒng)框圖</p><p>　　4.2.1應(yīng)變稱重原理</p><p>　　電阻應(yīng)變式稱重傳感器測量原理：彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在

76、他表面的電阻應(yīng)變片產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），就完成了將外力變換為電信號(hào)的過程。選用不同的變形體，可以得到幾千克至數(shù)十噸的量程范圍。</p><p>　　電阻與應(yīng)變的關(guān)系：ΔR/R=K0ε（K0 ：金屬材料的靈敏度系數(shù)）</p><p>　　直流電橋測應(yīng)變片電阻原理</p><

77、p>　　如圖4.11所示：若R1= R2= R3= R4= R，則Uo=0，電橋平衡。若其中一個(gè)電阻發(fā)生變化（假設(shè)是R1），阻值增加ΔR，則電橋失衡，</p><p>　　Uo=UiΔR/4R （4-4）</p><p>　　若有兩個(gè)橋臂工作， Uo=UiΔR/2R （4-5）

78、</p><p>　　若有兩個(gè)橋臂工作， Uo=UiΔR/R （4-6） </p><p>　　由以上三個(gè)公式可見，四分之一橋測量靈敏度最低，是半橋的1/2，全橋的1/4。在測量中最好采用全橋測量。</p><p>　　圖4-11 直流電橋測應(yīng)變片電阻</p><p>　　4.2.2稱重傳感器

79、產(chǎn)品</p><p>　　下面列出幾種是適合在本次設(shè)計(jì)中使用的稱重傳感器 （由蚌埠金諾傳感測控工程有限公司生產(chǎn)）。</p><p>　　圖4-12 JHBU型輪幅式系列傳感器 圖4-13 JHBT型筒式系列傳感器</p><p>　　如圖4-12，JHBU型輪幅式系列傳感器采用了箔式應(yīng)變片貼在合金鋼彈性體上，具有精度高、抗側(cè)向力和抗偏心載荷能力強(qiáng)、密封

80、性能好等特點(diǎn)可用于電子地中衡、料倉秤、軌道衡等場所?？蛇x擇內(nèi)置式變送器，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)0～10mA、4～20mA或0～5V輸出，量程：0.2、0.5、1.5、10、20、30、50 t，供橋電壓：9～15 VDC，建議10V。</p><p>　　如圖4-13，JHBT型筒式系列傳感器，采用了箔式應(yīng)變片貼在合金鋼做的彈性體上，具有精度高、長期穩(wěn)定性好、密封性好等到特點(diǎn)，可用在料倉秤等需測載荷力的地方?？蛇x擇內(nèi)置式變送器

81、，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)0～10mA、4～20mA或0～5V輸出，量程：100、200、300、500KG，1、5、10、20、30、50 、100、200t，供橋電壓：9～15 VDC，建議10V。</p><p>　　如圖4-13，JHBL-Ⅱ型懸臂式系列荷重傳感器采用了箔式應(yīng)變片貼在合金鋼做的彈性體上，具有精度高、密封性好，可用于電子皮帶秤、斗秤計(jì)算機(jī)配料系統(tǒng)等。可選擇內(nèi)置式變送器，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)0～10mA、4～20mA或0

82、～5V輸出。量程：50、100、200～2000kg。供橋電壓：9～15 VDC，建議10V。</p><p>　　圖4-14 JHBL-Ⅱ型懸臂式系列荷重傳感器 圖4-15 JHBL-I型懸臂式系列荷重傳感器</p><p>　　JHBL-I型懸臂式系列荷重傳感器采用了箔式應(yīng)變片貼在合金鋼做的彈性體上，具有精度高、密封能力好，可用于電子皮帶秤、升秤計(jì)算機(jī)配料系統(tǒng)等。可選擇變送器輸出0-

83、5V、0-10V、4-20mA、0-10mA輸出。量程：5、10、20、30、50、100、200、500kg。供橋電壓：9～15 VDC，建議10V。</p><p>　　4.2.3 AD轉(zhuǎn)換</p><p>　　如果單片機(jī)與稱重傳感器之間的距離比較近，就可以直接把變送器輸出的5V電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如果距離較遠(yuǎn)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減，此時(shí)就需要變送器輸出電流信號(hào)，再將電流信號(hào)經(jīng)過一個(gè)精密電阻轉(zhuǎn)化為電

84、壓信號(hào)。</p><p>　　由于傳感器輸出的是一個(gè)電壓差，所以需要一個(gè)差分輸入的AD轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)方案選用AD7705／7706。</p><p>　　AD7705／7706的特點(diǎn)：</p><p>　　a.AD7705：2個(gè)全差分輸入通道的ADC；</p><p>　　b.AD7706：3個(gè)偽差分輸人通道的ADC；16位無丟失代碼；0．00

85、3％非線性；</p><p>　　c.可編程增益：1～128；</p><p>　　e.三線串行接口SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP兼容；</p><p>　　f.有對(duì)模擬輸入緩沖能力；</p><p>　　g.2．7～3．3V或4．75—5．25V工作電壓；</p><p>　　h.3V電壓時(shí)，最大功耗為

86、lmW；</p><p>　　i.等待電流的最大值為8mA；</p><p>　　j.16腳DIP、SOIC和TSSOP封裝。</p><p>　　圖 4-16 AD7705應(yīng)用電路圖</p><p>　　4.3速度位移測量及單卷產(chǎn)量控制</p><p>　　對(duì)于作直線運(yùn)動(dòng)的無紡布，一般難以直接測量其運(yùn)動(dòng)速度。在實(shí)

87、際測量過程中，常常采用測量轉(zhuǎn)速的方法間接測得直線運(yùn)動(dòng)的速度。在本系統(tǒng)中，采用如下方法測量：設(shè)計(jì)兩個(gè)滾輪，使無紡布穿過兩個(gè)滾輪之間的間隙，兩滾輪施加一定的預(yù)緊力以保證滾輪與布匹之間無相對(duì)滑動(dòng)，這樣，滾輪外側(cè)圓周的線速度即時(shí)布匹移動(dòng)速度。我們測量角速度，根據(jù)角速度與線速度的關(guān)系，即可求出布匹運(yùn)動(dòng)速度。記錄角位移，即可求出布匹移動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)位移。單片機(jī)根據(jù)布匹的長度數(shù)據(jù)，發(fā)出指令給功率接口，控制切刀切斷布匹。</p><p

88、>　　滾輪使用時(shí)間過長，由于摩擦半徑減小會(huì)導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。如果更換滾輪又顯得浪費(fèi)，故設(shè)計(jì)有鍵盤輸入功能，可以輸入滾輪的實(shí)際半徑，以保證既節(jié)省成本，又能保證測量精度。</p><p>　　4.3.1速度測量原理</p><p>　　角速度測量常用測頻法。假設(shè)被測量的轉(zhuǎn)動(dòng)物體上的標(biāo)記數(shù)為Z，被測量物體轉(zhuǎn)動(dòng)一周，傳感器發(fā)出Z個(gè)脈沖，則傳感器每發(fā)出一個(gè)脈沖就代表轉(zhuǎn)動(dòng)物體旋轉(zhuǎn)了2π/Z(rad

89、)的角度。</p><p>　　設(shè)總共采集到的脈沖數(shù)為m，布匹位移為S，轉(zhuǎn)速為w，線速度為v，角位移為θ，時(shí)間為t，滾輪半徑為R，則：</p><p>　　位移S=2πm/（ZR） （4-7）</p><p>　　瞬時(shí)角速度w=dθ/dt （4-8）&l

90、t;/p><p>　　布匹瞬時(shí)速度v=wR （4-9）</p><p>　　實(shí)際上布匹移的運(yùn)動(dòng)可以看作是勻速運(yùn)動(dòng)，為了體現(xiàn)布匹速度在生產(chǎn)線啟停時(shí)的速度變化，可以在單片機(jī)每接收一定數(shù)量的脈沖后，計(jì)算一次速度。位移通過轉(zhuǎn)過的總的角度來計(jì)算</p><p>　　4.3.2速度測量方案</p><p

91、>　　霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器測量如圖4-18所示。被測物上固定小磁鋼，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)每當(dāng)一個(gè)小磁鋼接近霍爾元件，霍爾元件輸出一個(gè)脈沖。</p><p>　　圖4-18 霍爾式轉(zhuǎn)速測量示意圖</p><p>　　脈沖信號(hào)檢測電路如圖4-19所示。設(shè)計(jì)選用的檢測元件為DN6837的開關(guān)集成霍爾傳感器。集成霍爾元件片內(nèi)設(shè)有穩(wěn)壓電路、施密特電路，通過晶體管的集電極輸出信號(hào)，并且通過的脈沖信號(hào)不需要進(jìn)行整

92、形。這種傳感器具有時(shí)滯特性，此特性可以防止噪聲干擾。此元件是OC 門，需要在輸出端與電源之間接一個(gè)1．5kΩ上拉電阻。為了提高其帶負(fù)載能力，接一個(gè)三極管放大電路。脈沖信號(hào)輸入單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器T1，進(jìn)行信號(hào)分析。</p><p>　　圖4-19 霍爾式脈沖信號(hào)采集電路</p><p>　　光電式脈沖采集的原理如圖4-20所示。被測物與圓盤固定在一起，圓盤上留有過孔，過孔兩側(cè)安裝紅外光電傳

93、感器，可以避免可見光光線的干擾。當(dāng)被測物轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外線能通過過孔時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)脈沖。</p><p>　　4-20 光電式轉(zhuǎn)速測量示意圖</p><p>　　脈沖信號(hào)檢測電路如圖4-19所示。74LS14的輸入端的信號(hào)不是理想的脈沖信號(hào)，所以利用斯密特觸發(fā)器將信號(hào)整形，再輸入到單片機(jī)。</p><p>　　圖4-21 光電式脈沖信號(hào)采集電路</p>

94、;<p>　　4.3.3繼電器驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　本從站還應(yīng)具有無紡布單卷產(chǎn)量控制的功能，即在布匹長度達(dá)到單卷長度設(shè)定值的時(shí)候，控制切刀切斷布匹。主電路的通斷決定切刀的動(dòng)作，要求單片機(jī)具有功率接口，可以發(fā)送指令控制主電路上的繼電器，達(dá)到弱電控制強(qiáng)電的目的。</p><p>　　圖4-22 繼電器驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　如圖4-22

95、，P1.7為高電平時(shí)，74LS14輸出“0”，光耦中的發(fā)光二極管導(dǎo)通，同時(shí)光電三極管導(dǎo)通，三極管9013飽和，電磁鐵得電，銜鐵吸合，主電路接通。反之主電路關(guān)斷。</p><p>　　5電源設(shè)計(jì)級(jí)掉電保護(hù)</p><p>　　5.1正負(fù)5V直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　作為一個(gè)完整的系統(tǒng)，必須有電源設(shè)計(jì)。由于CAN總線網(wǎng)絡(luò)的主站離上位機(jī)很近，故可以直接用上位機(jī)的U

96、SB接口供電。對(duì)于幾個(gè)從站，需要設(shè)計(jì)電源，將市電轉(zhuǎn)換為直流電源。在速度位移測量從站上，只需要+5V的直流電源，采用最常用的三端集成穩(wěn)壓器LM7805產(chǎn)生+5V直流電壓源。如圖5-1所示，220V交流電經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后形成穩(wěn)定的+5V直流電。由于LM7805的輸入、輸出電壓差最少為2V，最大為35V，一般壓差保持在6V左右比較好。故設(shè)計(jì)中使用220V～12V的變壓器。</p><p>　　圖5-1 +5V直流

97、穩(wěn)壓電源</p><p>　　在溫度、重量測量工作站使用了儀用放大器AD620，AD620需要正負(fù)電源供電，電源電壓范圍為：±2. 3V～±18V，為了使電路簡單，采用±5V電源。79系列的三端集成穩(wěn)壓器可以產(chǎn)生負(fù)電壓，故用7805、7905一起產(chǎn)生正負(fù)5V電壓源。如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 ±5V直流穩(wěn)壓電源</p>

98、;<p>　　5.2精確5V電源設(shè)計(jì)</p><p>　　AD轉(zhuǎn)換器的電源直接關(guān)系到轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)，所以需要有一個(gè)比較精確的電源給AD轉(zhuǎn)換器供電。MAX8875是Maxim公司生產(chǎn)的一款低壓差線性穩(wěn)壓芯片，其輸入電壓范圍為+2.5V ～+6.5V，輸出電流達(dá)到150mA，可提供的輸出電壓值為1.5V、2.5V、2.7V、3.0V、3.3V和5.0V，它們的初始精度為±1%。MAX8875還

99、具有如下特點(diǎn)：</p><p>　　a.具有“POWER-OK”輸出，當(dāng)輸出電壓超出穩(wěn)壓范圍時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)；</p><p>　　b.輸出端只需要1μF的小陶瓷電容，就可以確保負(fù)載高達(dá)150mA電流的穩(wěn)定性；</p><p>　　c.過熱和短路保護(hù)；</p><p><b>　　d.電池反接保護(hù)；</b></p&g

100、t;<p>　　e.1μA最大關(guān)斷電流。</p><p>　　圖5-3 MAX8875應(yīng)用電路圖</p><p><b>　　5.3掉電保護(hù)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用的電源來自市電，當(dāng)遇到突發(fā)情況斷電時(shí)，單片機(jī)就會(huì)停止工作，RAM中的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。為避免這種情況的發(fā)生，需設(shè)計(jì)掉電保護(hù)方案。</p>

101、;<p>　　掉電保護(hù)的方案一般有兩種。一種是采用不間斷電源，即平時(shí)采用正常供電方式，同時(shí)給蓄電池充電，突然斷電后，由蓄電池供電，系統(tǒng)可以繼續(xù)工作。這種方法可以解決短時(shí)間斷電的問題。另一種方案是采用存儲(chǔ)器保存系統(tǒng)數(shù)據(jù)和狀態(tài)，即掉電時(shí)將系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)保護(hù)在E2PROM、FLASH MEMORY或ROM中，來電后，將系統(tǒng)恢復(fù)到掉電時(shí)的工作狀態(tài)并繼續(xù)工作。此方案對(duì)于一般測控系統(tǒng)、尤其是在工業(yè)現(xiàn)場使用的大負(fù)荷的系統(tǒng)來說，增加

102、成本不多，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。</p><p>　　單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)掉電保護(hù)是有條件的，那就是單片機(jī)允許在電壓低至 2V 甚至更低的電壓供電時(shí)，仍能保證其最基本運(yùn)行 ( 對(duì)外部輸入輸出功能將會(huì)失效或停止 ) 。這就是說，在掉電時(shí)，我們應(yīng)該有一個(gè)2～3V的電源保證單片機(jī)的基本運(yùn)行。故設(shè)計(jì)如圖5-4的電路在失去主電源時(shí)為單片機(jī)供電。</p><p>　　在正常情況下，單片機(jī)的電源由+5V電源提供（兩個(gè)

103、二極管均選用鍺管，壓降0.2～0.3V），同時(shí)電源為3.6V的鎳氫充電電池充電。R21為限流電阻，可以控制充電的電流大小和充電時(shí)間。充電電池兩端并聯(lián)一個(gè)4.2V的穩(wěn)壓二極管，當(dāng)電量充滿后，電池兩端得電壓達(dá)到充電限制電壓4.2V，此時(shí)穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通，充電停止，這樣可以避免過充，損壞電池。突然斷電時(shí)，電池放電，由于R21和R22產(chǎn)生壓降，對(duì)單片機(jī)的供電電壓可以保證單片機(jī)的基本運(yùn)行。</p><p>　　5-4 掉電

104、保護(hù)的電源設(shè)計(jì)</p><p>　　x25045是美國xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將E2PROM、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。用x25045既可以保護(hù)系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)，還為單片機(jī)提供了看門狗復(fù)位電路，增加了系統(tǒng)的抗干擾能力。x25045的應(yīng)用電路圖如圖5-5所示

105、。</p><p>　　圖5-5 x25045的應(yīng)用電路圖</p><p>　　電路有兩部分構(gòu)成，分別是上電復(fù)位電路和看門狗復(fù)位電路，二者可將復(fù)位信號(hào)送入或門，任意一種復(fù)位方式都可以對(duì)系統(tǒng)復(fù)位。</p><p><b>　　6結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)完成了基于CAN總線的工廠車間DCS的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)具有對(duì)

106、化工企業(yè)無紡布生產(chǎn)車間的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、現(xiàn)場監(jiān)控和控制單卷產(chǎn)量的功能。還設(shè)計(jì)了掉電保護(hù)、看門狗復(fù)位電路，以保證數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)的抗干擾能力。對(duì)每個(gè)站點(diǎn)的電路都進(jìn)行原理圖和PCB圖的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)盡量采用低成本且滿足實(shí)際要求的原件和設(shè)計(jì)方案，在電路中，AD轉(zhuǎn)換、掉電保護(hù)、LED顯示均采用串行通信技術(shù)，節(jié)省了單片機(jī)I/O口資源，使電路簡單。相對(duì)于傳統(tǒng)的運(yùn)放電路，儀用放大器的使用也使電路得到簡化。</p><p>　　設(shè)計(jì)要應(yīng)

107、用到工作現(xiàn)場，必須考慮車間的具體情況。比如可能對(duì)系統(tǒng)帶來的干擾、傳感器的現(xiàn)場安裝問題等。在采集數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)需特別注意想辦法濾去工頻噪聲信號(hào)，安裝時(shí)要注意傳感器接接線方式，比如溫度PT100提供三種接線方式，就是要解決溫度傳感器與單片機(jī)距離較遠(yuǎn)產(chǎn)生的測量誤差的問題。稱重變送器也有四線制和六線制的接法，這些都是精確測量的保證。在設(shè)計(jì)PCB板時(shí)要注意留出合適的地方給傳感器接線。</p><p><b>　　7總

108、結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　總的來說，我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中有不少的收獲。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我鞏固了以前學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握了查找所需資料的方法。在設(shè)計(jì)過程中多次發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案存在的問題，帶這這些問題去尋找解決方案，從中搜集到了不少設(shè)計(jì)資料，獲得了新的知識(shí)。</p><p>　　我們?cè)谡n堂上所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)基本都是一些基礎(chǔ)知識(shí)，落后于行業(yè)的發(fā)展進(jìn)度，如果僅用課堂上學(xué)到的內(nèi)容

109、，是難以完成設(shè)計(jì)的，在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫上有大量的實(shí)用的資料，這些資料中有大量的信息值得參考，如行業(yè)中常用的設(shè)計(jì)方案、新型實(shí)用的電子元器件等。參考這些資料可以發(fā)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)中存在的問題，將設(shè)計(jì)優(yōu)化。</p><p>　　合理利用軟件也可以有助于設(shè)計(jì)。我們對(duì)單片機(jī)外圍器件知之甚少，利用Proteus仿真軟件，我們可以了解到更多的單片機(jī)外圍器件。Proteus中有非常豐富的元器件，我們就可以從中選擇我們需要的產(chǎn)品。</

110、p><p>　　作為一個(gè)完整的設(shè)計(jì)，我們需要全面考慮其每一個(gè)需要注意的問題。如抗干擾措施、需要進(jìn)行的系統(tǒng)保護(hù)措施、器件的現(xiàn)場安裝問題等。以本次設(shè)計(jì)為例，車間中存在工頻干擾，傳感器采集信號(hào)時(shí)要注意濾波，CAN總線傳輸時(shí)要選擇合適的斜率電阻和終端電阻。傳感器不能要安裝在PCB板上，在設(shè)計(jì)圖紙的時(shí)候就要留出接口來連接傳感器。而且傳感器的接線方式不同直接影響到測量精度，不同的接線方式要預(yù)留不同的接口。LED顯示器若需要接在P

111、CB板外，也要預(yù)留接口，用導(dǎo)線連接到LED的安裝位置。</p><p><b>　　8致謝</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)終于順利完成了。這不僅是我自己的成果，其中更有給與我無私幫助的老師和同學(xué)的功勞。</p><p>　　首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師***老師。向老師在指導(dǎo)過程中對(duì)我們嚴(yán)格要求，耐心講解，對(duì)我們的設(shè)計(jì)提出了指導(dǎo)性的意見，幫

112、助我在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問題和不足。向老師鼓勵(lì)我們自己獨(dú)立思考、解決問題，使我們通過自己學(xué)習(xí)獲得更多知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。此外，*老師還與我們交流學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)的方法，告誡我們?nèi)藷o遠(yuǎn)慮，必有近憂，做事要認(rèn)真積極，對(duì)待人生要有規(guī)劃。</p><p>　　其次，我要感謝和我一起學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步的同學(xué)們。遇到問題，我們大家一起討論、解決問題，互相幫助，交流在設(shè)計(jì)中獲得的知識(shí)和資料，最終都獲得了更豐富的專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。</p>