【正文】 ....................... 9 CAN 總線技術(shù)基礎(chǔ) ............................................ 10 CAN 總線的性能特點(diǎn) .................................... 10 CAN 的技術(shù)規(guī)范 ........................................ 10 第三章 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)分析及總體方案設(shè)計(jì) .................... 14 任務(wù)分析及設(shè)計(jì)原則 ......................................... 14 現(xiàn)場(chǎng)總線智能氧量分析儀表的主要技術(shù)指標(biāo) ................. 14 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 ........................................ 14 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析 ........................................... 15 系統(tǒng)自檢 ............................................. 15 采集精度的提高 ........................................ 16 氧化鋯傳感器溫度分段 PI－模糊控制器的設(shè)計(jì) .............. 17 現(xiàn)場(chǎng)總線智能氧量分析表的自標(biāo)定 ........................ 21 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................... 22 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文目錄 II 儀器的工作原理 ........................................ 22 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) ......................................... 23 第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ........................................ 24 微處理器（ MCU）的 選型 ...................................... 24 數(shù)據(jù)采集放大電路 ........................................... 24 AD620 儀表放大電路 .................................... 24 12 位模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0 .................................. 25 溫度補(bǔ)償電路 ......................................... 26 日歷時(shí)鐘 ................................................... 27 帶觸摸屏的 LCD 顯示器設(shè)計(jì) .................................... 28 LCD 液晶顯示 .......................................... 28 觸摸屏控制 ........................................... 29 溫度控制電路 ............................................... 30 CAN 總線設(shè)計(jì) ............................................... 31 CAN總線的控制系統(tǒng) .................................... 31 CAN 總線節(jié)點(diǎn) .......................................... 32 RS485 通訊接口 .............................................. 33 其它相關(guān)外圍電路 ........................................... 34 復(fù)位模塊 ............................................. 34 存儲(chǔ)組織結(jié)構(gòu) ......................................... 34 電源電路 ............................................. 34 系統(tǒng)校正 ............................................. 35 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................ 36 系統(tǒng)調(diào)試及開(kāi)發(fā)工具 ......................................... 36 下位機(jī)控制主程序 ........................................... 37 上位機(jī)軟件 ................................................. 38 人機(jī)操作界面 ......................................... 38 參數(shù)設(shè)置 ............................................. 38 本底修正 ............................................. 38 ................................................... 39 第六章 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)檢定 ............................... 41 .............................................. 41 .............................................. 41 .............................................. 42 實(shí)驗(yàn)檢定 ................................................... 42 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文目錄 III 現(xiàn)場(chǎng)總線智能氧量分析儀表氧濃度信號(hào)檢定 ................. 42 現(xiàn)場(chǎng)總線智能氧量分析儀表溫度信號(hào)檢定 ................... 43 第七章 結(jié)論 ..................................................... 44 參考文獻(xiàn) ......................................................... 46 致 謝 ......................................................... 48 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況 .......................... 49 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 第一章 引言 氧不僅與人的生存息息相關(guān)，而且也是與化學(xué)、生化反應(yīng)和物理現(xiàn)象關(guān)系最密切的一種化學(xué)元素。 學(xué)位 論文作者簽名 ： 日 期 ： 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解華北電力大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：①學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門(mén)送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；②學(xué)校可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；③學(xué)校可允許學(xué)位論文被查閱或借閱；④學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的 ,復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；⑤同意學(xué)?？梢杂貌煌绞皆诓煌襟w上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 (涉密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定 ) 作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日 期： 日 期： 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要 I 摘 要 本文在分析國(guó)內(nèi)外氧化鋯氧量分析儀表發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用新型微處理器、計(jì)算機(jī)軟硬件及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，開(kāi)發(fā)了基于 CAN 總線的智能氧化鋯氧量分析儀表。無(wú)論是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源、交通、醫(yī)療、生態(tài)環(huán)境等各個(gè)方面，還是在日常生活中，氧是需要控制與測(cè)量最多的一種物質(zhì)元素。將壓差 p? 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即可測(cè)知氧濃度。它的華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 測(cè)量范圍為固定的量程的百分含氧量，一般在 0～ 1﹪ 到 0～ 21﹪ O2。它的特點(diǎn)是選擇性好，靈敏度高，適合微量氧的連續(xù)測(cè)定，其最小測(cè)量范圍 0～ 106；最大測(cè)量范圍 0～ 200106。 由于電化學(xué)式氧分析儀只適用于微量氧的測(cè)量，所以不能用作煙氣分析儀表。它不僅用來(lái)作高溫化學(xué)平衡，熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究，而且已在高溫技術(shù)，特別是高溫測(cè)試技術(shù)上得到廣泛應(yīng)用。其中 ZO 系列氧化鋯氧量?jī)x是其中性能較好且應(yīng)用較為廣泛的一種。經(jīng)過(guò)處理后的煙氣再進(jìn)行測(cè)量無(wú)疑對(duì)檢測(cè)器延長(zhǎng)壽命有好處，但響應(yīng)時(shí)間的滯后，設(shè)備（抽 氣泵等）的增加，仍然將該種結(jié)構(gòu)制約在三高 (即高溫、高塵和高硫 )的條件下，限制了該種型式的使用范圍。進(jìn)入 80年代，隨著單片機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，以單片計(jì)算機(jī)為控制核心的數(shù)字式變送器逐步取代了老的模擬式變送器，氧量變送器朝著智能化，小型化，模塊化方向發(fā)展。 4～ 20mA 的現(xiàn)場(chǎng)通信方式，使管理人員、操作人員在管理級(jí)和監(jiān)控級(jí)上不能直接獲得現(xiàn)場(chǎng)儀表工作狀態(tài)，不能直接對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整或改變運(yùn)行方式。每臺(tái)儀表內(nèi)都有一臺(tái) (或以 上 )微處理器，既有 CPU、內(nèi)存、 I/0 接口、通信接口等，又有非電量信號(hào)檢測(cè)、變換、放大、處理等模擬電路，還有數(shù)據(jù)采集、控制輸出等模數(shù)混合電路，具有硬、軟件結(jié)合的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和比傳統(tǒng)儀表更為優(yōu)越的性能 [4]。主要表現(xiàn)在： 。 本課題主要完成的任務(wù) 課題的目的是研制一種新型的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的智能氧化鋯氧量分析儀表，本設(shè)計(jì)主要能完成儀表的以下功能： ； 分段控制 的 方法 ； 680176。當(dāng)溫度升高至 1500176。C 溫度時(shí)，具有導(dǎo)電特性 ,故稱(chēng)之為固體電解質(zhì) [7]。由于空氣中氧分子濃度大于煙氣中氧分子濃度（即 a0 PP? ），空氣側(cè)鉑電極電位大于煙氣側(cè)鉑電極電位，兩極之間產(chǎn)生了電位差。 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 10 CAN 總線技術(shù)基礎(chǔ) CAN 總線的性能特點(diǎn) CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。但對(duì)總線媒體裝置，諸如驅(qū)動(dòng)器 /接收器特性未作規(guī)定，以便在具體應(yīng)用中進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 三 報(bào)文的傳送及其幀結(jié)構(gòu) 報(bào)文傳送由 4 種不同類(lèi)型的幀表示和控制：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器；遠(yuǎn)程幀通過(guò)總線單元發(fā)送，以請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀；出錯(cuò)幀由檢測(cè)出總線錯(cuò)誤的任何單元發(fā)送；超載幀用于提供當(dāng)前的和 后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。遠(yuǎn)程幀由 6 個(gè)不同分位場(chǎng)組成：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、 CRC 場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束。 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 13 超載幀幀結(jié)束或錯(cuò)誤界定符或超載界定符 超載標(biāo)志超載疊加標(biāo)志 超載界定符幀間空間或超載幀 圖 2–6 超載幀組成 數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同前面的幀相同，不管是何種幀（數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀或超載幀）均以稱(chēng)之為幀間空間的位場(chǎng)分開(kāi)。此時(shí)總線上的顯位被理解為幀起始。 1176。在開(kāi)發(fā) 系統(tǒng)時(shí)應(yīng)充 分利用微處理器強(qiáng)大的控制能力，用軟件控制和管理儀表測(cè)量過(guò)程，避免使用常規(guī)儀器儀表中大量的數(shù)字電路，即盡可能實(shí)現(xiàn)“硬件軟件化”。因此，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)盡量選用成熟的理論和方法，提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)一次性成功的概率，縮短研制開(kāi)發(fā)周期，降低研制成本； 、易維護(hù)性。自檢中如果沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn) 題，就自動(dòng)進(jìn)入測(cè)量程序，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，則及時(shí)報(bào)警，以避免儀器帶病工作。 在系統(tǒng)的特定內(nèi)存單元中，由程序預(yù)先設(shè)定一些狀態(tài)標(biāo)志值，每次采集完數(shù)據(jù)后，在最后的數(shù)據(jù)傳送中，讀取這些標(biāo)志，如果和預(yù)設(shè)的值不同，通過(guò)上位機(jī)給這些內(nèi)存單元重新寫(xiě)入狀態(tài)標(biāo)志值，并進(jìn)行讀取，如果這時(shí)數(shù)據(jù)仍然不正確，我們就可以認(rèn)定系統(tǒng)的存儲(chǔ)器出現(xiàn)問(wèn)題。 在氧量?jī)x中，需要測(cè)量 的 溫度是大動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)。C 之間。 本文提出 的 溫度控制過(guò)程分為三個(gè)階段，第一，在控制開(kāi)始時(shí)，系統(tǒng)處于升溫階段，溫度誤差大，希望系統(tǒng)能夠快速升溫，而對(duì)控制精度要求相對(duì)降低，所以采用快速最優(yōu)（ BANGBANG）控制方案；第二，當(dāng)溫度誤差減少到一定值時(shí)，即由升溫轉(zhuǎn)向恒溫控制階段時(shí)，偏差不太大，希望兼顧快速性和精度，所以采用 模糊控制；第三，等溫度誤差進(jìn)一步減少到較小區(qū)域時(shí)，希望有較高控制精度，因此采用PI 控制方案 [15][16][17][18]。C 為 PI 控制區(qū)，溫度低于 690176。 所以正確的控制策略是在 (b,c)， (d,e)， (g,h)等區(qū)間上進(jìn)行積分，能有效地抑制超調(diào)，盡快減少誤差，在 (a,b)， (f,g)等區(qū)間不加入積分作用，利用 系統(tǒng)的慣性向穩(wěn)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 20 態(tài)過(guò)渡。C ， PI 控制 控溫