石河子大学机械电气工程学院
毕业设计开题报告
课题名称：基于CAN总线的温度控制系统设计
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学院：机械电气工程学院
专业年级：10电气（2）班
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职称：教授
完成日期：2014年3月-6月
现场总线产品集成在同一套FCS中,具有互换性和互操作性。

FCS把传统DCS的控制功能进一步下放到现场智能设备,由现场智能设备完成数据采集、数据处理、控制运算和数据输出等功能。

现场智能设备的数据,通过现场总线传到控制室的监控设备上"控制室的监控设备用来监视各个现场设备的运行状态,保存各现场智能设备上传的数据,同时完成一定的控制功能"因此FCS更好地体现了“信息集中,控制分散”的概念。

而且FCS连线简单,将大大降低安装和连线的费用,现场装置的智能化将增强现场设备的功能,减少一半甚至一半以上的FO设备,并提供更多的信息流动。

由于结构上的改变,FCS比DCS节约硬件设备。

同时减少大量电缆,使施工、调试大大简化[4~6]。

目前自动控制中的温度测控网络的研究重点集中在远距离传输和检测数据的稳定性上。

通常该系统主要采用的是用模拟温度传感器，通过 A/D转换成数字信号，再转换为 RS485通信。

测控系统主要借助于PC提供的 RS232 串行口。

与 RS-485 之间进行转换，从而实现温度测控网络系统的控制。

这种方式虽然很成熟。

但主要存在两大缺点。

一是 A/D转换成本高，电路较为复杂，稳定性差。

二是 RS485通信距离短，一般不加中继通信距离小于 1 200m，同时 RS485 抗强干扰能力差，当某一通信节点出现故障时不能自动脱离，从而使整个系统瘫痪。

严重影响了整个系统的可靠性。

为了提高自动控制系统中通信的可靠性。

近年来，现场总线取得了长足的发展。

现场总线系统FCS 也是未来控制网络化的基础。

FCS 不需要一个中央控制单元来集中控制和操作，而是通过智能现场设备来完成控制和通信任务。

可较好地解决实时控制和现场信号的网络通信。

另外新一代的数字温度传感器，可直接将温度信号转换为串行数字信号供计算机处理，使检测稳定性大为提高。

因此，把现场总线技术，单片机控制技术和数字化温度传感器结合起来，就可以克服目前温度测控网络系统中存在的缺点，实现高可靠性的数字化温度测控网络系统。

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国外研究现状
1986年德国Bosch公司为解决汽车的监测和控制而设计了 CAN,CAN (Controller AreaNetwork)是一种串行网路,基于其高可靠性、支持分布式控制和实时控制等适合工业控制的特点,随后逐步发展到其他工业控制领域。

CAN总线经过上世纪90年代的高速发展,并制定了 CAN技术规范(CAN 2.0)和ISO国际标准(IS011898)。

据上世纪90年代初成立的国际CAN用户和制造商非营利组织CiA(CAN in Automation)统计:在1998年CAN节点销售量多达9700万个,其中80%安装于欧洲,且80%的CAN节点应用于汽车工业,剩下20%则应用于嵌入式网络和工业控制系统,如工业控制系统、监测系统、机器人控制系统等。

值得注意的是在欧洲高能物理项目CERN中也采用了CAN总线。

[8~10]进入21世纪,CAN总线技术得到高速发展,在广泛应用于汽车应用领域的同时,逐渐应用于其他新领域,如:医疗器械、航空航天、航海、自动化控制和军事国防等众多领域。

CAN总线被公认为几种最有前途的现场总线之一。

随着我过经济的高速发展,科技创新的突飞猛进,CAN总线作为我国新兴的科学技术手段,将会在我国工业、农业、生活等众多领域发挥出巨大的作用和潜力,为推动我国的现代化建设做出应有的贡献。

[11]众多国际知名汽车公司早在20世纪80年代就积极致力于汽车网络技术的研究及应用。

早期的汽车网络只不过是 2 个处理器之间的UART 连接。

这种串行连接使 2 个
控制器之间能容易地共享信息，但这样的网络却无法简单地增加节点。

北美汽车制造商和汽车工程师协会 SAE（Society of Automotive Engineers）开发了 J1850，这是一个汽车网络的专用规程。

J1850 很快就成了车内联网的标准，并取代了 UART 串行通讯。

通用汽车公司和克莱斯勒汽车公司使用 10.4kb/s可变脉宽规程的相似版本,在单根线的总线上通讯。

福特汽车公司采用速率更高的 41.6 kb/s PWM 型,在 2 条线的差分总线上通讯。

欧洲汽车制造商支持控制器局域网络 CAN（Control Area Network）。

CAN最早是德国博世公司开发的，是一种最高数据速率可达到 1Mb/s 的实时控制总线。

其它的标准还有德国大众的 ABUS、ISO 的 VAN、马自达的 PALMNET 等。

[12]
三、对课题提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析
1、对课题提出的任务要求
1、研究如何测量温度；
2、研究如何将所得温度信号送入单片机；
3、研究如何将温度信号由单片机送入PC机并显示；
4、研究如何实现将所得温度与所需温度对比并调节。

2、实现预期目标的可行性分析
1）技术可行性
本课题所涉及的研究目标，在国内外已经有成熟的理论基础和技术基础。

对于can 总线所涉及到的技术问题进行细致的分析，绝大部分使用计算机与所学专业知识进行构建，其他的部分则可以通过自学，老师的指导来完成。

2）操作可行性
本课题要求对于can总线有比较细致的了解，能够通过对所查文献和专业知识的自主研究与学习。

利用实验室提供的现有仪器和设备来搭建，从可操作性的角度来讲，完全可行。

四、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路
1、重点研究的、关键的问题
（1）CAN控制器SJA1000和AT89C51单片机结合设计的通信。

（2）单片机与微控制器的通信。

（3）如何实现can总线对温度数据的采集和执行控制。

2、解决的思路
（1）CAN—RS232的转化这部分，主要有两部分的通信，一个是SJA1000和节点的通信，另外就是串口的通信，按照CAN总线帧的格式和节点定好协议，再约定好串口数据传送的协议。

凡是涉及通信的，用户都可以按照自己所需要的定义通信协议，数据传送才能正确有序的传送。

（2）CAN 总线节点的软件设计主要包括三大部分：CAN节点初始化、报文发送和
报文接收。

熟悉这三部分程序的设计就能编写出利用CAN总线进行通信的一般应用程序，当然要将CAN总线应用于通信任务比较复杂的系统中还需详细了解有关CAN总线错误处理总线脱离处理接收滤波处理波特率参数设置和自动检测以及CAN总线通信距离和节点数的计算等方面的内容。

五、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法
1、完成本课题所必须的工作条件
（1）计算机一台，单机单用，保证程序的安全有效。

（2）Visual Basic编程软件。

（3）SJA1000的CAN控制器。

（4）AT89C51单片机。

（5）DS18B20温度传感器。

（6）RS232标准的电平。

（7）相关的书籍和学习资料。

（8）能够保证一天不少于6个小时的工作环境。

2、解决的办法
（1）使用电子实验室个人计算机一台。

（2）使用实验室的SJA1000的CAN控制器、AT89C51单片机、DS18B20温度传感器、RS232标准的电平。

（3）通过个人购买，网络搜索，和大学图书馆和学院资料室借阅解决。

（4）电子实验室的开放时间足以保证时间要求。

(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)
六、完成本课题的工作方案及进度计划
1、完成本课题的工作方案
为完成本课题的基本任务要求，拟定工作方案如下：
（1）确定毕业设计题目之后，首先从个人图书、学院资料室、大学图书馆，因特网上搜集相关的文献和技术文档，以及可能涉及到的软件程序，搜集开发平台所需要的插件，帮助文档等。

（2）阅读搜集到的文档，熟悉课题所涉及到的知识和开发工具。

查漏补缺，继续完善文献和技术文档。

（3）对于课题进行功能分解，抽取其系统结构图，划定功能模块。

（4）尝试编写功能模块，坚持完成一块，调试一块，解决一块的原则。

（5）进行系统调试，安装和部署项目。

（6）在各阶段中，做好相关的文档；在调试结束后进行文档的整理与汇总，完成毕业设计文档的撰写，并做好演示课件，准备毕业答辩。

2、完成本课题的进度计划（以周为单位）。