开题报告,can控制系统

课题名称：基于CAN总线的灌溉控制系统设计学生姓名：董克龙学号：2002071071 学院：机械电气工程学院专业、年级：02级电气工程及其自动化指导教师：李江全职称：副教授毕业论文(设计)起止时间：2006年3月-6月1、本课题来源及研究的目的和意义近些年来，喷灌、膜下滴灌等新型灌溉技术在新疆生产建设兵团得到广泛应用，以膜下滴灌为主的节水灌溉面积已达400万亩以上，为我国乃至全世界节水灌溉事业做出了重要贡献，并取得了良好的经济效益和社会效益，已显示出强大的生命力。随着节水灌溉技术的不断深入，自动化灌溉控制技术已成为新疆兵团精准灌溉的迫切需求。虽然有些地方设计并实施了灌溉工程自动控制系统，但只是小面积的局部控制和试验示范，离大面积推广应用还存在很大差距。目前在兵团灌溉自动控制领域采用的通讯方式有有线和无线两种。有线方式主要有基于PCI总线和串口总线两类，前者控制实时性好，可靠性高，但采用电缆数量大，布线复杂；后者用线量少，但控制距离短。无线方式主要基于GSM短信息和数字传输技术，前者传输控制距离远，但实时性、可靠性差；后者实时性好，但传输距离短。由于这些灌溉系统控制技术本身的局限性以及灌溉系统主要部件的高价格，直接导致灌溉控制系统应用的局限性和高成本，影响了自动控制技术在田间灌溉的推广普及。在自控系统中使用何种通讯方式，是确保系统稳定性和降低系统成本的重要环节。基于现场总线的通讯与控制技术是当前工业自动控制领域中的主要发展技术之一，它具有信息数字化、控制分散化等优点，在自动控制领域中应用日益广泛。现场总线技术的国际先进水平已达到二芯载波电缆控制10Km距离的推广阶段，但在我国的大田农业灌溉控制系统应用上，基于总线方式的控制技术还十分薄弱。当前大田灌溉的自动控制系统多采用直接进口，技术先进，性能稳定，但成本昂贵，很难得到大面积推广应用；因此，借鉴先进的设计思想，开发具有自主知识产权的基于现场总线的灌溉控制系统及与之配套的中央控制器和终端控制单元，降低投入成本，提高设备的可靠性、易操作性、可升级性和标准化等主要技术指标，符合农业现代化对自动化技术的发展需求。控制器局部网（CAN－CONTROLLER

AREA

NETWORK）是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1MBPS。其主要特点是：（1）传输距离远（最远可达10Km）；（2）实时性好，可靠性高；（3）用线少，成本低。正因为如此，CAN总线在各种自动控制系统中得到了广泛应用。2、主要内容：（1）采用计算机触摸屏操作技术，实现基于现场CAN总线的农田灌溉控制系统；（2）研制基于现场CAN总线的农田灌溉控制系统关键部件：中央灌溉控制器和扩展式远程终端阀门控制单元(RTU)的设计开发；（3)中央控制器软件设计：包括阀门随机编组模块、阀门状态显示模块、环境信息采集显示模块、数据库记录模块、灌溉智能决策模块等；（4）RTU的软件设计：主要包括RTU的接收、发送控制信号，阀门状态信号，传感器检测信号等。3、相关领域国内外技术现状、发展趋势及国内现有工作基础灌溉管理逐渐向走自动化是其发展方向之一。近年来滴灌技术在全球的广泛应用，加强了对大田作物肥水管理的可控性。因此，研发嵌套作物水分管理决策支持系统的灌溉管理自动控制系统更为必要和迫切。中国农业大学、武汉水利电力大学、西北农林科技大学、石河子大学等对不同作物的水分管理决策支持系统研究都作了有益的研究，为我国灌溉管理自动控制研究奠定了良好的基础。针对农田灌溉自控技术研究，发达国家如以色列、美国、加拿大等，从最早的水力控制、机械控制，到目前应用广泛的计算机控制、模糊控制、神经网络控制等，控制精度和智能化程度越来越高，操作越来越简单，如S.K.Lutha等用12V直流电通过张力计预测土壤水分张力进行灌溉自控系统的设计。现场总线技术是信息数字化、控制分散化、开放可互操作的新一代工业自动化技术,它是信息技术、智能技术、网络技术向工业现场发展的最新成果。随着工业现场领域应用要求的提高,现场总线已经成为广为应用的解决方案。在目前的工程技术实践中,具有现场总线通信能力的单片机控制系统还不多,用于阀门控制的则更少,所以对于此类系统的开发是现场总线技术应用及推广的新方向。触摸屏作为一种新兴的人机交换技术，由触摸式按键和液晶显示屏组成，通过触摸开关执行有关命令，与工控机相比具有体积小、价格低、工作稳定、抗干扰能力强等特点，成为工业控制系统理想的人机交互设备。将触摸屏和现场总线控制器进行结合则给灌溉自控技术赋予智能化特点。CAN总线卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门，越来越受到工业界的重视，被公认为是最有前途的现场总线之一。为此，本项目在对兵团已有灌溉监控系统充分研究的基础上，克服缺点、吸取优点，提出了基于现场CAN总线的灌溉控制系统，该系统利用触摸屏电脑、中央控制器、RTU模块进行操作控制，实现对田间土壤信息、气象信息的数字监测和对田间电磁阀门的编码数字控制，使推广具有自主知识产权低成本灌溉自动控制系统成为可能。4、对课题提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析课题的具体任务是要求中心控制系统应具有下列功能：登陆、退出安全保护；阀门的编组和地址设定；阀门的控制及状态显示以及；环境信息的采集与显示，灌溉的历史记录等。该项目是在新疆兵团开展精准农业技术研究的基础上，将精准灌溉及相关信息技术等组装配套集成而成，技术实用性强，成本大幅度降低，是农业现代化走向信息化必不可少的步骤。项目实施为团场大面积水分信息管理提供了技术支持亮点，确保了农场的管理模式、经营模式、生产方式能够得到动态优化，减少无效/低效工作环节，降低管理成本，大幅度提高农场的工作效率和经济效益。该项目的实施能够打破兵团自动化灌溉控制技术主要依赖进口的局面，示范推广具有兵团自主知识产权的管理控制软件。本项目的技术具有前瞻性和创新性，产业化前景广阔，示范推广的意义较大。5、本课题需要重点研究的、关键的问题阀门随机编组功能模块；系统设置功能模块的设计以及当外界条件变化时，只需稍稍改动系统设置即可与硬件相一致；扩展式远程控制终端元件RTU标准协议制定及普适性应用。6、完成本课题所必须的工作条件(如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等)及解决的办法由于这是一个上位机的中心控制系统，所以必需要有一台计算机，同时还需要查阅许多关于CAN总线的技术资料以及通讯板卡和模块。为了增强软件的实用性，需要与导师的科研项目相结合，在实际中调试和运用。7、完成本课题的工作方案及进度计划完成本课题的总体进度如下：第一至三周：主要查询一些技术资料并熟悉VB6.0软件；第四至八周：开发测控软件、调试软件；第九至十周：与硬件相结合进行实地测试第十一至十二周：编写设计说明书以及修改设计说明书并且准备答辩。8、主要参考文献[1]阳宪惠．现场总线技术及其应用．北京：清华大学出版社，1999[2]邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计．北京：北京舫空航天大学出版社，1996[3]SJA1000DataSheet(数据手册)[Z]，Philips公司[4]周立功．ARM微控制器基础与实战[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2003[5]蒋建文，林勇，韩江洪．CAN总线