基于CAN总线的数据采集系统毕业论文答辩ppt课件.pptx

指导教师 基于CAN总线采集系统的研究与应用 班级 控制理论与控制工程学生 学号 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 系统的背景及意义 论文的结构和主要内容 第一部分绪论第二部分数据采集系统整体方案第三部分相关技术第四部分下位机软件设计第五部分总结 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系统整体设计2 2USB控制器特性2 3TMS470特性2 4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 2USB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 3TMS470特性 TMS470CPU核心是ARM7TDMI 16 32 bitRISC 其正常模式的系统时钟是28MHz 管线模式是48MHz 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 endtimer 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系统软件整体结构4 2通信协议4 3下位机软件设计4 4小结 4 1系统软件整体结构 数据采集系统整体流程图 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 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