基于vc的can卡数据采集系统设计(编辑修改稿)

基于vc的can卡数据采集系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

应用层。 物理层采用基于 Bell2O2通信标准的 FSK 技术，所以可以通过租用电话线进行通信。 HART协议使用 FSK技术在 42mA过程测量模拟信号上叠加一个频率信号。 逻辑 1 为 1200Hz，逻辑 0 为 2200Hz，波特率为 1200bps。 它成功地使模拟和数字双向信号能同时进行而且互不干 扰。 因此在与智能化仪表通信时，还可使用模拟仪表、记录仪及模拟控制。 在不对现场仪表进行改造的情况下，逐步实现数字性能 (包括数字过程变量 )，是一种理想的方案。 这是一个由模拟系统向数字系统过渡的协议。 在应用层规定了 3 类使命，第一类是通用命令，这是所有设备都能理解、执行的命令；第二类是一般行为命令，它所提供的功能可以在许多现场设备中实现；第三类为特殊设备命令，以便在某些设备中实现特殊功能，这类命令可以允许开发此类设备的公司所独有。 此外它还为用户提供统一的设备描述语言 DDL。 HART 支持点对点、主从应答方式和多点广 播方式。 直接通信距离 :有屏蔽双绞线单台设备 3000m，而多台设备互相距离 1500m。 只使用一个电源时，能连结 15 个智能化设备。 LONWORKS 的通信协议 LONTALK 协议遵循 ISO/OSI 参考模型，提供了OSI 所定义的全部 7 层服务。 是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线。 LONWORKS 的核心是 Neuron(神经元 )芯片，内含 3 个 8 位的 CPU:第一个 CPU为介 CAN 是由德国公司在 80 年代初为了解决现代汽 Bosch车中众多的传感器和执行装置之间的数据通信而开发的一种串行通信协议。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 CAN 总线 (Controller Area Network) CAN 最初出现在 80 年代末的汽车工业中，由德国 Bosch 公司最先提出。 当时由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电子操作的，这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂。 同时意味着需妥更多的连接信号线。 提出以 N 总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。 于是他们设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件可以被挂接在该总线上。 1993 年 CAN 己成为国际标准ISO21898(高速应用 )和 ISO21519。 低速应用 CAN 是一种多主站方式的串行通讯。 总线基本设计规范要求有高的位速率高抗电磁干扰性，而且能够检测产生的任何错误。 当信号传输距离达到 10Km时 CAN 仍可提供高达 50Kbit/S 的数据传输速率。 由于 CAN 总线具有很高的实时性能，因此 CAN 己经在汽车工业 、 航空工业、工业控制安全防护等领域中得到了广泛应用。 CAN 总线 的可行性 CAN（ Controller Area Network）总线是现场总线的一种，它采用双线串行通信方式工作 ,检错能力强，可在高噪声干扰环境中使用最大通信速率 1Mbps（最远通信距离 40m）。 最远通信距离可达 10km （最大通信速率 5Kbps）。 CAN具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过 CAN 控制器挂到 CAN2bus 上，形成多主机局部网络。 由于采用了许多新技术及独特的设计， CAN 总线与一般的通讯总线相比，它的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性。 其特点可概括如下： 第一 CAN 为多主方式工作，网络上任一节点均可在任一时刻主动 向网络上其他节点发送信息，而不分主从。 第二， 在报文标识符上， CAN 上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时需要，优先级高的数据最多可在 134μs 内得 到传输。 第三， CAN 采用非破坏总线仲裁技术。 当多个节点同时向总线发送信息发生冲突时，优先级较低的节点会主动的退出发送，而最高优先级的节点可不受影内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 响的继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。 尤其是在网络负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪的情况（以太网则可能）。 第四， CAN 节点只需要通过对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。 第五， CAN 的直接通信距离最远可达 10km（速率 5kbps 以下）；通信速率最高可达 1Mbps（此时通信距离最长为 40m）。 第六， CAN 上的节点数取决于总线驱动电路，目前可达 110 个。 在标准帧报文标识符有 11 位，而在扩展帧的报文标识符（ 29 位）的个数几乎不受限制。 报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低。 第七， CAN 的每帧信息都有 CRC 校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。 第八， CAN 通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。 第九， CAN 节点在错误严重 的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响 ，有自 动退出总线的功能。 所以其可靠性和实时性远高于普通的通信技术。 如 RS2485， BITBUS 等。 CAN 及控制器局域网络， CAN 是到目前为止唯一有国际标准的现场总线 CAN，具有十分优越的特点，低成本、 高性能、高可靠性及独特的设计， CAN 越来越受到人们的重视，因此，探讨一种实用的 CAN 网络应用软件设计是一个有意义的研究课题。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 第三章 控制系统人机界面设计 人机界面 是指人和机在信息交换和功能上接触或互相影响的领域或称界面所说人机结合面，信息交换，功能接触或互相影响，指人和机器的硬接触和软 接触，此结合面不仅包括点线面的直接接触，还包括远距离的信息传递与控制的作用空间。 人机结合面是人机系统中的中心 环节，主要由安全工程学的分支学科安全人机工程学去研究和提出解决的依据，并过安全工程设备工程学，安全管理工程学以及安全系统工程学去研究具体的解决方法手段 措施。 在本设计中，人机界面是在 VC 环境下利用 Buttong 按钮和 Edit 编辑框设计而成，如图 所示。 图 人机控制界面 频率和 振幅 的 设 置 当控制器接收到监控计算机发送的波形参数设定信息后，发送响应命令，并准备接收控制器参数设定信息，见表。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 表 数据信息 :2 个字节的波形的参数 字节顺序 位顺序 内容 说明 第 1 字节 幅值参数 参 数带 1 位小数，则放大 10 倍发送 第 2 字节 频率参数 参数带 1 位小数，则放大 10 倍发送 频率，振幅的设计分为两部分，一是对给定曲线的频率、振幅进行调节；二是对数据实时采集曲线的频率、振幅的显示。 CAN 参数按钮的设置 CAN 参数按钮设置是对 CAN 的参数的隐藏和展开，目的是为了设计一个典型用户控制界面。 代码如下： void CBiYeSheJiDlg::OnOnkuozhan() { CString str。 if(GetDlgItemText(IDC_kuozhan,str),str==隐藏 参数设置 ) { SetDlgItemText(IDC_kuozhan,参数设置 )。 } else { SetDlgItemText(IDC_kuozhan,隐藏参数设置 )。 } static CRect rectLarge。 static CRect rectSmall。 if(()) { CRect rectSeparator。 GetWindowRect(amp。 rectLarge)。 GetDlgItem(IDC_SEPARATOR)GetWindowRect(amp。 rectSeparator)。 =。 =。 =。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 =。 } if(str==隐藏参数设置 ) { SetWindowPos(NULL,0,0,(),(),SWP_NOMOVE|SWP_NOZORDER)。 } else { SetWindowPos(NULL,0,0,(),(), SWP_NOMOVE|SWP_NOZORDER)。 } } 它利用了 SetWindowPos 函数 ， 该函数改变一个子窗口，弹出式窗口式顶层窗口的尺寸，位置和 Z 序。 子窗口，弹出式窗口，及顶层窗口根据它们在屏幕上出现的顺序排序、顶层 窗口设置的级别最高，并且被设置为 Z 序的第一个窗口。 振动参数 PID 设计 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。 同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。 智能 控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。 自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。 一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接 口。 控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。 不同的控制系统，其传感器、 变送 器、执行机构是不一样的。 比如压力控制系统要采用压力传感器。 电加热控制系统的传感器是温度传感器。 目前， PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器 （仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的 PID 控制器产品，各大公司均开发了具有 PID 参数自整定功内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 能的智能调节器 (intelligent regulator)，其中 PID 控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。 有利用 PID 控制实现的压力、温度、流量、液位控制 器，能实现 PID 控制功能的可编程控制器 (PLC)，还有可实现PID 控制的 PC 系统等等。 可编程控制器 (PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID 控制，而可编程控制器 (PLC)可以直接与 ControlNet 相连，如 Rockwell 的PLC5 等。 还有可以实现 PID 控制功能的控制器，如 Rockwell 的 Logix 产品系列，它可以直接与 ControlNet 相连，利用网络来实现其远程控制功能。 PID 控制的原理和特点 过程控制中，按偏差的比例（ P）、积分（ I）和微分（ D）进行控制的 PID控制器（亦称 PID 调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。 它具有原理简单，易于实现， 适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象 ──“一阶滞后＋纯滞后 ”与 “二阶滞后＋纯滞后 ”的控制对象， PID 控制器是一种最优控制。 PID 调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（ PI、PD）。 PID 控制器问世至今已有近 70 年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。 当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参 数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用 PID 控制技术最为方便。 即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用 PID 控制技术。 PID 控制，实际中也有 PI和 PD 控制。 PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。 （ P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。 就是对偏差进行控制，偏差一旦产生，控制器立即就发生作用即调节控制输出，使被控量朝着减小偏差的方向变化，偏差减小的速度取决于比例系数 Kp， Kp 越大偏差减小的越快，但是很容 易引起振荡，尤其是在迟滞环节比较大的情况下， Kp 减小，发生振荡的可能性减小但内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 是调节速度变慢。 但单纯的比例控制存在静差不能消除的缺点。 这里就需要积分控制。 （ I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。 对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（ System with Steadystate Error）。 为了消除稳态误差，在控制器中必须引入 “积分项 ”。 积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。 这样 ， 即便 误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。 因此，比例 +积分 (PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 实质上就是对偏差累积进行控制，直至偏差为零。 积分控制作用始终施加指向给定值的作用力，有利于消除静差，其效果不仅与偏差大小有关，而且还与偏差持续的时间有关。 简单来说就是把偏差积累起来，一起算总帐。 3. 微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会 出现振荡甚至失稳。 其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后 (delay)组件，具有抑制。