大學(xué)計(jì)算機(jī)開題報(bào)告

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　　目前，眾所周知的電瓶充電器大都是即插即充式充電器和定時(shí)充電器。但是即插即充式充電器在電壓過高或電瓶充滿電的情況下，都沒有任何的自動(dòng)保護(hù)及斷電功能。下面YJBYS小編為你送上。

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基于CAN總線的數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)

　　題目：基于CAN總線的數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)

　　一、課題的開發(fā)背景與需求分析

　　目前，眾所周知的電瓶充電器大都是即插即充式充電器和定時(shí)充電器。但是即插即充式充電器在電壓過高或電瓶充滿電的情況下，都沒有任何的自動(dòng)保護(hù)及斷電功能，只有靠人工拔掉電源插頭才能停止充電，無意中對(duì)電瓶形成了較長(zhǎng)時(shí)間的緩充電狀態(tài)，但是，長(zhǎng)時(shí)間緩充電或電壓過高通常會(huì)把電瓶充漲、充爆，使電瓶在未老先衰的同時(shí)失去了原有的生命力或燒壞充電器形成火災(zāi)，造成不良后果。而定時(shí)充電器的最大缺點(diǎn)是無論電瓶是否充滿電，時(shí)間一到電源則會(huì)自動(dòng)中斷，導(dǎo)致電瓶饑、飽不足，大大縮短電瓶壽命，增加經(jīng)濟(jì)開支。

　　在這里我們要設(shè)計(jì)是一種能夠在電壓超過規(guī)定值或電瓶充滿電后及充電器空載時(shí)自動(dòng)切斷交流電源的全自動(dòng)過壓、過充、(電動(dòng)車)電瓶充電控制器，本控制器有雙檔控制，分手動(dòng)檔和自動(dòng)檔兩個(gè)檔位，手動(dòng)檔可無限期充電，類似于傳統(tǒng)的即插即充式充電器，在手動(dòng)檔模式下，我們基本不用對(duì)充電的過程進(jìn)行控制，主要依靠用戶的自己操作;自動(dòng)檔則在電瓶充滿電后或充電器空載及電源電壓過高時(shí)自動(dòng)切斷交流電源。在自動(dòng)檔模式下，我們可以有效地避免因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間緩充電或電壓過高把電瓶充漲、充爆，或者因?yàn)闇囟冗^高引起火災(zāi)等，能夠安全的使用電瓶進(jìn)行充電，而且充電更加合理，能夠大大的延長(zhǎng)電瓶壽命。

　　二、調(diào)研分析

　　CAN總線具有極高的可靠性、獨(dú)特靈活的設(shè)計(jì)和低廉的價(jià)格，CAN總線上的節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送站，智能節(jié)點(diǎn)能夠通過編程設(shè)置工作方式、ID地址、波特率等參數(shù)。它主要是有單片機(jī)以及CAN控制器構(gòu)成。CAN控制器工作于多主方式,網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)(取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符)采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競(jìng)爭(zhēng)向總線發(fā)送數(shù)據(jù),且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼,而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù),這些特點(diǎn)使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng),并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。而利用RS-485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng),通信方式也只能以主站輪詢的方式進(jìn)行,系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性較差。

　　其次,CAN總線通過CAN控制器接口芯片82C250的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總線相連,而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài),CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會(huì)出現(xiàn)象在RS-485網(wǎng)絡(luò)中,當(dāng)系統(tǒng)有錯(cuò)誤,出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路,從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能,以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響,從而

　　保證不會(huì)出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中,因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題,使得總線處于“死鎖”狀態(tài)。

　　而且,CAN具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實(shí)現(xiàn),從而大大降低系統(tǒng)開發(fā)難度,縮短了開發(fā)周期,這些是只僅僅有電氣協(xié)議的RS-485所無法比擬的。另外,與其它現(xiàn)場(chǎng)總線比較而言,CAN總線是具有通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、且性價(jià)比高等諸多特點(diǎn)的一種已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。這些也是目前 CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域,具有強(qiáng)勁的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要原因。

　　三、關(guān)鍵技術(shù)與解決方案

　　1、通信的準(zhǔn)確性以及抗干擾能力：基于此問題本人采用CAN總線進(jìn)行通信，可以有效的降低誤碼率，并在CAN收發(fā)器端接入6N137進(jìn)行光電隔離，終端接120歐電阻進(jìn)行匹配。

　　2、電源供電：采用USB以及外接市電二種模式可以方便調(diào)試

　　3、擴(kuò)充串口：可以方便進(jìn)行程序下載(STC89C52)和在線仿真

　　4、防雷技術(shù)：如果在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要較長(zhǎng)的外部走線，可加入防雷模塊

　　5、由于電瓶成本過高所以在開發(fā)過程中用充電蓄電池代替。

　　6、由于當(dāng)前市場(chǎng)上出售的CAN轉(zhuǎn)換PC機(jī)接口過于昂貴，所以本人暫時(shí)采用單片機(jī)器作為CAN接口，如果時(shí)間允許的情況下自己研制CAN轉(zhuǎn)換PC接口模塊。

　　四、系統(tǒng)完成的功能

　　本控制器的目的是提供一種造價(jià)低、可靠性高，同時(shí)又能在電壓超過規(guī)定值及電容充滿電后和充電器空載時(shí)自動(dòng)斷交流電源的全自動(dòng)過壓、過充、(電動(dòng)車)電瓶充電控制器，能徹底有效的保護(hù)電瓶、充電器的自身安全，節(jié)約電能，減少了經(jīng)濟(jì)開支，同時(shí)延長(zhǎng)了電瓶的使用壽命，確保了人身生命和家庭財(cái)產(chǎn)的安全可靠。系統(tǒng)可以按鍵選擇工作模式，并將基本信息由數(shù)碼管顯示，帶有故障報(bào)警，工作狀態(tài)監(jiān)控指示燈，同時(shí)可以將當(dāng)前電容的信息經(jīng)過CAN總線傳送給給主控中心，從而進(jìn)行遠(yuǎn)程控制以及電容狀態(tài)分析。

　　五、系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

　　1、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖與元器件選擇

　　基于CAN的電容充電控制系統(tǒng)的硬件選用C8051F120作為主控中心。為了實(shí)現(xiàn)器件之間的通信采用MCP2515作為CAN總線控制器，收發(fā)器采用PCA82C250收發(fā)器進(jìn)行信息的收發(fā)，將電壓比較結(jié)果經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后傳送給主控芯片，主控芯片做出相應(yīng)的處理之后，改變當(dāng)前充電狀態(tài)，并且向其他器件發(fā)送當(dāng)前電容充電情況，電容充電也可以選擇模式，模式有二種1、全自動(dòng)智能充電2、手動(dòng)充電

　　硬件框圖見圖1所示：

　　在考慮性能/價(jià)格比的前提下,在本次設(shè)計(jì)中我選擇最容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的指標(biāo)的元件

　　(1)、A/D轉(zhuǎn)換芯片：AD7714

　　(2)、主控芯片：C8051F120

　　(3)、CAN控制器：MCP2515

　　(4)、CAN收發(fā)器：PCA82C250

　　(5)、LED數(shù)碼管：74HC573

　　(6)、報(bào)警器：1個(gè)蜂鳴報(bào)警器

　　(7)、光電隔離器：6N137

　　2、系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計(jì)圖

　　本系統(tǒng)共分為電壓采集，報(bào)警，工作狀態(tài)指示燈，CAN節(jié)點(diǎn)通信，充電開關(guān)控制，七段數(shù)碼管顯示電壓信息六大模塊每個(gè)模塊的功能都是按照在調(diào)研中搜集的資料進(jìn)行編排制作的圖2是系統(tǒng)的功能模圖。

　　六、設(shè)備保障

　　已經(jīng)具備下列設(shè)備保障畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利開展：

　　軟件條件：開發(fā)工具Keil uVision3; AEDK-T598D; 偉福6000; Protel99SE;

　　硬件條件：電腦一臺(tái);AEDK試驗(yàn)平臺(tái);偉福仿真器;示波器;萬用表;焊接工具等。

　　七、進(jìn)度安排(2009.3.16至2009。6.21)

　　2009.3.16至2009.3.29:(2周)進(jìn)行系統(tǒng)的需求分析，學(xué)習(xí)有關(guān)于電池充電、單片機(jī)、CAN總線的相關(guān)知識(shí)，準(zhǔn)備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)做全部的準(zhǔn)備工作

　　2009.3.30至2009.4.19:(3周)熟悉所要用到的元器件，確定最后要用到的元器件，進(jìn)行電路板的總體設(shè)計(jì)。

　　2009.4.20至2009.5.10:(2周)軟件的編碼與調(diào)試，主要是對(duì)所有的可編程芯片進(jìn)行操作，為完成整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)編寫軟件。

　　2009.5.11至2009.5.31:(3周)總體的聯(lián)調(diào)，把所有的元器件聯(lián)成最后的系統(tǒng)，運(yùn)行程序，如果系統(tǒng)運(yùn)行正常，則進(jìn)行最后的焊接工作，最終的結(jié)果是把整個(gè)系統(tǒng)做成一個(gè)完整的電路板。

　　2009.6.1至2009.6.21:(3周)繼續(xù)進(jìn)行調(diào)試，總結(jié)全部的數(shù)據(jù)，進(jìn)行論文的撰寫，為最后的畢業(yè)答辯做準(zhǔn)備。

　　八、參考文獻(xiàn)

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　　[2] 李廣弟、朱月秀、冷祖祁，單片機(jī)基礎(chǔ)(第3版)，北京航空航天大學(xué)出版社，2008

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　　[4] 蔡美琴等，MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用，高等教育出版社，1992

　　[5] 謝振輝，改進(jìn)式MCS-51單片機(jī)試驗(yàn)，科學(xué)出版社，2006

　　[6] 張鳳登，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與應(yīng)用，科學(xué)出版社，2008

　　[7] 李正軍，現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，人民郵電出版社，2006

　　[8] 舒志兵等，現(xiàn)場(chǎng)總線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，電子工業(yè)出版社，2007

　　[9] 王黎明等，CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，2008

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