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基于CAN总线的数据采集系统毕业论文答辩PPT

时间:2013-05-13


基于CAN总线采集系统的研究与应用
指导教师:

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班级:控制理论与控制工程 学生: 学号:

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系统的背景及意义

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数据采集系统在实际中有广泛应用,本文以一个数据采 集系统的开发项目为背景,主要完成该系统通信协议的 设计,下位机主辅MCU程序的开发。 在理解数据采集系统设计方案的基础上,借鉴一些 CAN应用协议的相关规定完成了整个系统通信协议的 设计。完成了主MCU程序的开发,主要实现了以下功 能:数据采集,接收上位机发送的命令,将需要实时显 示的数据传送给上位机,将需要保存的数据导入辅 MCU,将辅MCU传上来的数据传送给上位机。完成了 辅MCU程序的开发,主要功能包括:接收主MCU的命 令,将主MCU导入的需要保存的数据存储在PSRAM ,将存储在PSRAM中的数据传给主MCU。

论文的结构和主要内容
? ? ? ? ? 第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 绪论 数据采集系统整体方案 相关技术 下位机软件设计 总结

一、绪论部分

? 1.1 数据采集系统概述 ? 1.2 设计目的 ? 1.3 小结

1.1数据采集系统概述

? 现今,在实验室研究、测试以及工业自动化领域中,绝大 多数科研人员和工程师使用配有PCI、USB、IEEE1394 、 PXI/CompactPCI、并行或串行接口的基于PC的数 据采集系统。许多应用使用插入式设备采集数据并把数据 直接传送到计算机内存中,而在一些其它应用中数据采集 硬件与PC分离,通过并行或串行接口和PC相连。数据采 集系统的组成主要包括:PC、传感器、信号调理、数据采 集硬件和软件。从基于PC的数据采集系统中获取适当的结 果取决于下图示中的各项组成部分:

1.2设计目的

? 本文所涉及的数据采集设备主要用途是为某车载产品的软 件开发和标定提供客观的数据依据。该采集系统需要采集 大量数据,其中有模拟量、数字量、CAN信号、SPI数据 、SCI数据和高精度时钟计数信号;在PC机实时显示采集 的数据,具有触发功能,可以设定多种不同的触发条件, 当触发条件满足时可以保存触发条件满足前后一段时间内 采集的数据;该系统还需要具有可扩展性,不但能满足该 产品的当前需求,同时又能为今后更为高级的产品进行数 据采集。

1.3小结
? 为了实现的设计目的,该数据采集系统应满足的功能定义 如下: ? 1、CAN通信功能 ? 2、SPI通信功能 ? 3、ADC功能 ? 4、GIO功能 ? 5、Timer&Counter功能

二、数据采集系统整体方案
? ? ? ? 2.1 2.2 2.3 2.4 系统整体设计 USB控制器特性 TMS470特性 小结

2.1系统整体设计
? 该采集系统硬件主要包括以下几个模块:1,电源模块2, 主MCU模块3,辅MCU模块4,存储模块5,USB通信模 块6,CAN通信模块7,模拟量模块8,数字IO模块。 ? 因此我们采用两片相同的MCU,一片称为主MCU,另外 一片称为辅MCU。采集数据时主MCU主要负责采集数据 ,将采集到的数据通过SPI通讯导给辅MCU,由辅MCU 写入PSRAM。需要读取保存的数据时,先由辅MCU将数 据从PSRAM中读出,同样通过SPI导给主MCU,由主 MCU写入USB芯片。

2.2 USB控制器特性
? CY7C68013是一个带增强型MCS51内核和USB接口的 单片机,完全遵从USB2.0协议,可提供高达480Mbps 的传输速率;内部集成PLL,最高可使51内核工作在 48MHz,对外提供两个串口,可以方便的与外部通信。该 系统中串口被用来连接USB和主MCU,上位机命令通过该 串口连接到主MCU。使UART工作在半双工模式下。这样 USB和主MCU就可以互为主机了。

2.3 TMS470特性

? TMS470 CPU核心是ARM7TDMI,16/32-bit RISC。其 正常模式的系统时钟是28 MHz、管线模式是48 MHz。内含 128K字节的FLASH和8K字节的SRAM。其它电路单元还包含 ? 零位锁相环(ZPLL)时钟模块; ? 模拟的看门狗定时器; ? 实时中断模块; ? 两个串行外围接口模块; ? 两个串行通讯接口模块; ? 标准的CAN控制器; ? 10-bit、16个输入通道多重缓冲模拟数字转换器(MibADC); ? 高端定时器(high-end timer),控制16个输入/输出端口; ? 外部时钟分频器。

2.4小节
? 在综合考虑该数据采原定的采集要求。后期在系统实际应 用过程中,该系统运行效果良好,用户对该系统反馈比较 满意。事实证明该数据采集系统在考虑实际需求和开发周 期的基础上,采用ARM7+USB+PSRAM的整体设计方 案,能够满足设计要求。

三、相关技术
? 3.1 常用通信总线简介 ? 3.2 小结

3.1常用通信总线简介
? ? ? ? ? 3.1.1通用异步接收器传输总线(UART) 3.1.2 同步外设接口(SPI) 3.1.3 控制器区域网络(CAN) 3.1.4通用串行总线(USB) 3.1.5本地互连网络(LIN)

3.2 小结
? 本数据采集系统中被采集对象的数据可以从多种总线方式传送给 采集系统,选用最合适的总线方式能更好的保证采集系统的稳定 正确的采集到数据。不同的应用在选择总线的标准方面并不同, 下面是进行总线选择的通用参考标准: ? 1. 评估使用不同串行总线在网络上连接各种器件的系统成本。例 如,在汽车应用中,一个只需要简单控制功能的系统可以用像 LIN这类低成本的串行总线来管理。 ? 2. 在效率、速度和可靠性方面确定对你最重要的性能。例如,对 于一个安全关键系统来讲,可靠性是极为重要的,故而CAN是较 好的选择。 ? 3. 确定在网络上将连接多少器件,以及总线将可能具有的电容量 。有些串行总线对连在网络上的器件数目有限制。 ? 4. 注意器件间的距离,有些串行总线只支持短距离通信。 ? 5. 如果用在汽车中,CAN或LIN是较好的选择。由于它们具有 很强的鲁棒性,因此具有较强的容故障能力和传输可靠性。

四、下位机软件设计 ?4.1 ?4.2 ?4.3 ?4.4
系统软件整体结构 通信协议

下位机软件设计
小结

4.1系统软件整体结构
? 数据采集系统整体流程图
开始

系统初始化

开始采集,选择触发 类型?
yes

no

启动SPI接收数据, 采集其他信号

一次采集完成?
yes

no

触发条件满足?
no

yes

辅MCU存储数据

上位机显示

停止采集?
Y yes

no

结束

4.2 通信协议
? 设计思路 当选择好需要采集的通道和对应通道的变量后,需要点击 上位机的“确认”按钮将该次选中的结果发送给下位机, 通知下位机做好准备。每个通道对应一个“确认”按钮。 下位机收到上位机命令后,首先对命令的正确性进行判断 ,当命令正确并且下位机能正确执行命令时,下位机发送 肯定的回告给上位机,表示命令正确执行。当命令不正确 或由于某种原因不能正常执行时返回否定的回告,表示命 令没有被执行。这种回告机制在该系统的通信中一直保持 。对通道选择命令而言,只有在通道选择命令收到肯定的 回告之后才可以发送命令“开始采集”。默认情况,所有 通道的所有变量都被选中,通道选择命令已被发送并收到 肯定的回告,这样做的目的是方便数据采集时的操作,减 少操作时间。

通讯协议格式
? ? ? ? ? ? 1、通道选择 2、触发方式 3、控制命令 4、预触发时间 5、回告 6、主辅MCU间通信

4.3下位机软件设计
? 主MCU的整体软件流程图
no
开始

收到新命令?

yes

将否定的回告发送 给上位机

新命令有效?

no

yes
将命令发送给辅 MCU

收到辅MCU肯 定的回告?

no

yes
对收到命令进行处 理

结束

辅MCU设计
? 辅MCU的主要功能包括:接收主MCU的命令,将主MCU 导入的需要保存的数据存储在PSRAM,将存储在 PSRAM中的数据传给上位机。

4.4小结
? 本节介绍了该数据采集系统的整体软件结构,主要介绍了 下位机软件的主要功能和实现方法,对主MCU和辅MCU 的实现分别进行了阐述。经过实际应用检验,该软件运行 稳定,能满足系统应用需求。

五、总结
? 首先,完成该系统通信协议的设计。通信贯穿整个数据采 集系统,因此协议的规定是整个项目开发过程中一项重要 工作。借鉴CAN网络应用层的一些协议格式,本文设计了 上位机和下位机之间,以及下位机主辅MCU之间的通信协 议。 ? 其次,下位机程序的开发。下位机程序主要功能是根据上 位机的不同命令实现相应的控制,包括以下功能:开始数 据采集,设定通道选择,设定预触发时间,设定预触发变 量,实时显示控制,上传数据控制和清空下位机RAM。这 些功能的实现是下位机主MCU和辅MCU联合完成的。 ? 本文的部分成果已运用在该数据采集系统中,但由于时间 关系还有许多工作有待完善。

致谢
? 在此,我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心 过我的同学,他们在我成长过程中给予了我很大 的帮助。本文能够顺利完成,要特别感谢我的导 师老师,感谢各位系的老师的关心和帮助。 ? 最后向所有关心和帮助过我的人表示真心的感谢 。


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