基于can总线的远程数据毕业设计论文(编辑修改稿)

基于can总线的远程数据毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

DP 压力传感器把压力转换成对应的毫伏电压信号，再经放大电路放大后，经 TLC0832 分时采集送单片机 89C52，单片机处理后送显示，通过 定时 中断把采样的压力数字信号经 CAN 总线 送 到上位机上 实时 显示。 在 2 个 下位机传感器 节点上，单片机 89C52都接看门狗 复位电路 、 键盘和数码管等附属 电路。 看门狗 X5045 监视单片机的正常运行， 数码管用于显示相应的值 ，键盘用于内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 6 改变报警值等参数， 修改参数后能通过 CAN 总线把修改的参数上传给 上位机。 在 CAN 总线中，系统 通过 CANRS232 转接接口把数据传输给上位机。 上位 机接收 CAN总线上的压力 数字 信号 和温度 数字 信号 ， 经 处理后 存储到数据库并实时显示 ,同时可以调出历史数据进行显示 ， 也可以远程在线修改下位机的参数。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 7 第二章 温度传感器节点 本节点通过两 个 传感器采集温度信号， 并通过放大电路放大信号 ，经 A/D 转换送到单片机中进行处理后送显示 ； 每隔一定时间把采样 数字信号 经 CAN 总线 通信，在 上位机 显示 ；通过键盘可以更改上、下限报警值和热电偶线性化的折点坐标。 本章 主要介绍温度传感器节点， 其它部分在后续 章节中将有详细 介绍。 热电偶及其放大电路 热电偶测温原理 热电偶传感器是一种将温度变化转换为电势变化的传感器。 在工业生产中，热电偶是应用最广泛的测温元件之一。 其主要优点是测温范围广，精度高、性能稳定、结构简单、动态性能好，把温度转换为电势信号便于处理和远距离传输 [5]。 热电偶把两种不同的金属 A 和 B 构成一个闭合电路，当两个接触端温度不同，即TT0 时 ,回路中会产生热电势 EAB(T,T0),如图 所。 ABE A B ( T , T 0 )T T 0 图 热电偶原理图 由于不同的金属材料内部的自由电子密度不相同，当两种金属材料 A 和 B 接触时，自由电子就要从密度大的金属材料扩散到密度小的金属材料中去，从而产生自由电子的扩散现象，如图 所示。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 8 电 动 势 e A B ( T )+_ABT 图 热电偶接触热电势示意图 当金属材料 A 的自由电子密度比金属材料 B 大，则有自由电子从 A 扩散到 B，当扩散达到平衡时，这样金属材料 A 失去电子带正电荷，而金属材料 B 得到电子带负电荷。 这样，在 A， B 接触处形成一定的电位差，这就是接 触电势（也叫帕尔帖电势），其大小可表示为 BAAB NNekTTe ln)(  （ ） 式中， )(TeAB 为电极 A 和电极 B 在温度为 T 时的接触电势； k 为玻耳兹曼常数； T为接触面的绝对温度； e 为单位电荷量 ； AN 、 BN 分别为金属电极 A 和 B 的自由电子密度。 热电偶的种类及结构形成 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。 所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系 、 允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。 非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。 S、 B、 E、 K、 R、 J、T 七种标准化热电偶为我国统一设计型 标准 热电偶 [5]。 K 型（镍铬 —镍硅） 是 使用量最大的廉金属热电偶，用量为其他热电偶的总和。 其使用温度 0～ 1300℃。 优 点是线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性 较 好，抗氧内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 9 化性强，价格便宜。 能用于氧化性和惰性气氛中。 但 K 型热电偶不能在高温下直接用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中，也不能用于真空中。 热电偶的选择及其放大电路 本设计选用 K 型热电偶作为测温元件。 其分度表如下： 表 K型热电偶分度表 温度 （℃） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 热电动势（ mV） 0 100 200 300 400 500 600 图 是由表 得到的 K 热电偶温度和输出热电势关系图。 由表 和图 可知，K 型热电偶输出的是毫伏电压信号，而单片机采样接收的是标准的电压信号，所以必须把毫伏电压信号放大成 0~5V 的标准电压信号。 在设计模拟放大电路时 ,必须考虑电路的零点漂移、 抗 干扰等问题。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 10 热 电 势/ m v051 51 0温 度 / ℃1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 02 01 6 . 3 9 54 8 8 图 K型 热电偶温度 输出热电势关系图 放大电路如图 所示： 图 K热电偶放大电路 如图所示， INP+接热电偶 的正极， INP接热电偶的负极， R22 起上拉电阻的作用，内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 11 电容起到滤波抗干扰的作用。 放大器为高阻态运算放大器。 RW4 电位器用于零位调节。 RW5 用于调节放大倍数。 由图可求出放大电路的放大倍数 30010*5  WRH （ ） 式中 RW5 为接入电阻，单位为 kΩ。 本设计采集的温度为 0 到 400℃， K 热电偶对应产生的热电势为 0 到 ，而 A/D 转换的输入电压为 0 到 5V，所以放大倍数为 H （ ） 从 而 RW5=。 热电偶的冷端温度补偿 热电偶的冷端温度补偿方法 由热电偶测温公式可知，热电偶的热电势大小不仅和热端温度有关，还和冷端温度有关，只有当冷端温度恒定的时， 才能通过测量热电势的大小得到热端温度。 当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先使用冷端温度补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，再考虑将冷端处理为 0℃。 这就是热电偶的冷端处理和补偿 [5]。 常用补偿方法如下： 1． 补偿导线法：补偿导线在 100℃以下的温度范围内，具有与热电偶相同的热电特性，用它连接热电偶可以起到延 长热电偶冷端的作用。 2． 热电偶冷端温度恒温法：这种方法就是通过一定的方法把热电偶的 冷端 温度保持在恒定的温度，一般为 0℃。 由于这种方法特别麻烦，在工业生产中不适用，目前这种方法只在实验室的精确测量和检定热电偶时使用。 3． 冷端补偿电桥法：这种方法是利用直流不平衡 电桥 产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化值。 补偿电桥的 4 个桥臂中有一个臂是铜电阻作为感温元件，其余 3 个臂由阻值恒定的锰铜电阻制成。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 12 4． 软件计算修正法：在实际应用中，热电偶的参比端往往不是 0℃，而是环境温度T1，这时测量出的回路热电 势比实际温度对应的热电势要偏小，因此必须加上环境温度T1 与冰点 T0 之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶的分度表的要求。 根据连接导体和中间温度定律则有 )0,(),()0,( 11 TETTETE  （ ） 可以用室温计测出环境温度 T1，从分度表查出 E（ T1,0）的值，然后加上热电偶回路热电势 E（ T,T1），得到 E（ T,0）值，反查分度表即可得到准确的被测温度 T 值。 本设计采用软件计算修正的方法来实现热电偶的冷端温度补偿。 AD590 及其放大电路 由上一小节可知 ，软件修正法中必须知道冷 端 温度，所以必须 测量 冷端温度，本设计用 AD590 传感器采集冷端温度。 AD590 是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。 AD590 温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点。 AD590 的外部形状及管脚如图 所示。 图 AD590 外型管脚图 它的主要特性如下： 流过器件的电流（ mA） 等 于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： 1TIr mA/K 其中 Ir 流过器件（ AD590）的电流，单位为 mA； T 为 热力学温度，单位为 K。 AD590的测温范围为 55℃ ～ +150℃。 AD590 的电源电压范围为 4V～ 30V， 输出电阻为 710M。 精度高。 AD590 可以承受 44V,正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 13 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M五档，其中 M 档精度最高，在 55℃ ～ +150℃ 范围内， 非线性误差为177。 ℃。 1KR823647185U1A+1212R1410KR1920KR201KRW3R1510KRW1D1ALM3361KR9VCC1KR11R1310KRW223647185U2A10KR1820KR21J3CON1J4CON1J5CON1+12+121212R1723647185 U3ACH1_AD590+5+ 图 AD590 放大电路 如图 所示， AD590 的放大电路采用三运放差分放大电路。 放大器的第 I 级由 U1A和 U2A 等 器件 组成，主要用来提高整个放大电路的输入阻抗。 第 II 级主要由 U3A 等器件组成，采用差动电路用以提高共模抑制比。 图中是将 U1A、 U2A 两个同相输入运放电路并联，再与 U3A 差分输入串联的三运放差分放大电路，根据虚短、虚断的概念，不难分析 U1A、 U2A 前置放大电路仅对差模信号有放大作用，差模放大倍数为（ RW3+R15+2R14） /（ RW3+R15） 倍。 U1A、 U2A 提高了差模信号与共模信号之比，即提高了信噪比。 电路的另一个特点是对共模输入信号没有放大作用，共模电压 增益接近于零。 这个因素不仅与实际的共模输入有关，而且也与 U1A 和 U2A 的失配电压和漂移有关。 当 U1A内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 14 和 U2A 有相等的漂移速率，且向同一方向漂移，那么漂移就作为共模信号出现，没有被放大，还能被第二级抑制。 这样对于 U1A 和 U2A 的漂移要求就会降低。 U1A 和 U2A 前置放大级的差模增益要做得尽可能高，相比之下，第二级的漂移和共模误差就可以忽略，对放大器的要求就可以大大降低。 当 R18=R19， R20=R21时，两级的总增益为两个差模增益的乘积，即： )(*))R(R)2RRR((Av d 182115W31415W3 RR （ ） 代入 电阻的阻值，可得 302 WRAvd  （ ） 式中的 RW3为接入电阻。 在被测温度一定时， AD590 相当于一个恒流源，把它和 5～ 30V 的电源相连，并在输出端串接一个 1kΩ的恒值电阻 R8，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有 1mV/K 的电压信号。 通过 R8 的取压，在放大器 U1A 的正输入端产生对应的电压。 通过 RW1 和 RW2 的调节，可在 U2A 的正输入端产生 的电压。 相当于 0℃时， AD590 在 1K 负载 上产生的电压。 调节三运放的 RW3，使 Avd=50， RW3 的接入电阻 约 为 525Ω时 ， 经过 三运放差分放大电路后，输出的电压与温度的关系为 50mV/℃，即测量温度为 0℃时，输出为 0V，测量温度为 100℃时，输出为 5V。 从而实现线性放大的目的。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 15 第三章 压力传感器节点 压力传感器节点采集两路压力信号，转化成电压信号并放大成标准的电压信号，经A/D转换送到单片机中进行处理并显示。 每隔一定时间把采样值送 CAN总线接口与 CAN总线通信，最终送上位机。 并可以通过键盘更改上、下限报警值和压力的测量范围。 压力传感器及其测温原理 本设计采用的是 美国 MOTOROLA 公司的 MPX53DP 扩散型压阻式 压力传感器， 输入信号为差压信号，正端接待测压力，负端与大气相通。 该传感器具有体积小，结构简单，动态性能好，灵敏度高，能测出十几帕的微压，长期稳定性好，滞后和蠕变小，频率响应高，便于生产，成本低等优点。 因此，。