【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)更加有效。操作系統(tǒng)會保證當(dāng)線程數(shù)不大于CPU數(shù)目時，不同的線程運行于不同的CPU上?！　?) 改善程序結(jié)構(gòu)。一個既長又復(fù)雜的進(jìn)程可以考慮分為多個線程，成為幾個獨立或半獨立的運行部分，這樣的程序會利于理解和修改。LIBC中的pthread庫提供了大量的API函數(shù)，為用戶編寫應(yīng)用程序提供支持。下面的部分程序就是實驗中所用到的多線程程序： int main(void){ pthread_t th_a, th_b。 init(amp。buffer)。 pthread_create(amp。th_a, NULL, can, 0)。 return 0。這段程序就是定義了兩個線程程序 “a”和 “b”。其中“a”是接受主控的所發(fā)送過來的接受程序， 而“b”是從控用來調(diào)用電機運行的程序。這就是在實驗的過程中從控上解決多程序調(diào)用的方法，其他的節(jié)點也是使用了同樣的多線程來完成模擬設(shè)備的控制以及保持和主控同步性了。第五章 系統(tǒng)開發(fā)中存在的問題及相關(guān)討論5．1通信問題在一開始實驗的過程中首先面對的問題就是以CAN的方式通信，這也是在系統(tǒng)設(shè)計中所花費的最多的一塊。其間將近一個多月的時間中了解了CAN總線通訊原理，并研究了CAN控制器MCP2510芯片并掌握了MCP2510的相關(guān)寄存器的功能和使用方法。經(jīng)過努力后終于可以編程實現(xiàn)兩臺CAN總線控制器之間的通訊。還有一個比較重要的問題是CAN總線控制器MCP2510的工作方式。在研究MCP2510的芯片文檔后了解到它的工作方式有5種，其中在研究的過程中只用到了正常模式，而其他的幾種由于功能上的不同而沒有選用，特別需注意的是CAN的自回環(huán)模式可以不需要CAN的連接，通過內(nèi)部就完成通行，但是這種模式不對外發(fā)送信息，因此該模式只可用于系統(tǒng)研發(fā)和測試。MCP2510在實驗平臺的例子被中設(shè)置成自回環(huán)的模式，所以在設(shè)計的時候首先要將CAN的通信模式改為正常模式，然后再運行CAN的自發(fā)自收程序使主控與從控通信。在確定了設(shè)計的方向后把原來的自發(fā)自收模式改為了正常模式，然后在主控與從控之間確定一個字符來調(diào)用。利用這個方法在設(shè)計的過程中就可以完成主控設(shè)備對從控設(shè)備控制的功能了。在系統(tǒng)上所有的節(jié)點都是以總線的模式來連接的，所以在對其他模擬設(shè)備的設(shè)計中只要定義不同的字符就可以同時控制不同的設(shè)備。通過CAN的原理可以知道，一個由CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點。雖然在實際的應(yīng)用中節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。但是當(dāng)使用Philips P82C250 作為CAN 收發(fā)器時，同一網(wǎng)絡(luò)中允許掛接110個節(jié)點。在一個正常家庭中，需要控制的電器的數(shù)目也絕對不會非常的多，因此以CAN總線來連接各個家庭設(shè)備是非?？尚械摹?．2 硬件問題“基于CAN總線的家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計”從題目上看就可以看出是需要一定硬件來支持的，所以硬件問題也是設(shè)計中需要注意的一個地方。CAN能夠使用多種物理介質(zhì)進(jìn)行傳輸，所以實驗的過程中使用了網(wǎng)線做為從控與主控的連接。CAN總線的信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為CAN_H和CAN_L，下圖5．2顯示出CAN 總線接口的示意圖。其中CAN的總線端口也是采用接線端子連接，并可以對外提供5V 電壓。接線端子引腳定義為：1 腳VCC5V，2 腳GND，3 腳CANH，4 腳CANL。 圖 5．2在連接設(shè)備的時候需要正確的連線，從控的CAN_H線接從控的CAN_H線，而CAN_L也一樣需要正確連接。其中CAN總線上的上拉電阻也已經(jīng)被安裝在了CAN的接口里面，所以硬件上的連通只要連線正確就可以了。5．3 軟件問題在完成硬件設(shè)備的安裝后就應(yīng)該開始進(jìn)行軟件上的設(shè)計了。在這套系統(tǒng)上總的設(shè)計意圖是這樣的：1 通過程序使從控設(shè)備運行 。2 在實驗平臺上的觸摸屏上有一個可以控制運行程序的界面，而且界面的外觀要簡單，明了。3 通過界面上的按扭來控制運行程序的開關(guān)。4 主控程序與從控程序可以同時運行，通過多線程來完成。 本系統(tǒng)中程序所要實現(xiàn)的結(jié)果就是這些，但是在完成的過程中也遇到了不少的麻煩，其中如果想要運行節(jié)點的控制程序就需要在觸摸屏的界面中來完成，也就是說整個程序的入口是MINIGUI程序，但是實驗平臺卻不支持多進(jìn)程。因此發(fā)現(xiàn)想要完成系統(tǒng)功能就需要使用多線程，只有這樣才可以使從控在控制節(jié)點設(shè)備的時候同時也可以被主控部分控制。5．4 系統(tǒng)安全及性能評估在家庭網(wǎng)絡(luò)中不光有控制器，還應(yīng)該有傳感器，所以網(wǎng)絡(luò)布線的復(fù)雜程度以及布線的成本都是相當(dāng)高的，而且控制現(xiàn)場存在大功率的電機以及微波爐，電磁爐等。所以電磁干擾相當(dāng)?shù)膰?yán)重，傳感器和控制器的模擬信號都非常容易受到這些干擾的影響，特別是溫度傳感器，其信號毫伏級的，其精度要達(dá)到幾十個微伏，在這樣的強干擾存在的條件下要正常工作是非常困難的。通過以上章節(jié)的介紹可以從CAN的特點上看出它在家庭網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中有著無可比擬的優(yōu)勢。價格便宜，通信方式簡單，可掛載的節(jié)點數(shù)目多，其中最為重要的一點是抗干擾，可以從CAN總線的電氣特點上了解到，詳細(xì)介紹在1. 2 CAN總線簡介此系統(tǒng)的安全性也是十分可靠的，為了獲得盡可能高的數(shù)據(jù)傳輸安全性，在每一個CAN節(jié)點中均設(shè)有錯誤檢測，標(biāo)定和自檢的強有力措施，而且CAN節(jié)點有能力識別永久性的的故障和暫時擾動，如果CAN節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。綜上所述“基于CAN總線的家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計”不論功能上還是市場發(fā)展前途上都是非常良好，本身CAN總線的發(fā)展?jié)摿头浅５拇?，再加上現(xiàn)如今家庭現(xiàn)代化理念的呼聲日益高漲。所以，這個課題有非常大的開發(fā)意義。第六章 系統(tǒng)的擴展研發(fā)及其他應(yīng)用6．1 CAN總線成功應(yīng)用實例在這一章中介紹另外一個CAN總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例——陶瓷燒制窯洞CAN總線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。陶瓷是黏土原料，貧瘠性原料及熔性原料經(jīng)過適當(dāng)?shù)呐浔?，粉碎、成型并加以高溫?zé)疲?jīng)過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)后形成的堅硬物質(zhì)。它作為一種非金屬材料，在日用品、建筑裝飾、電子工業(yè)中廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)規(guī)模大，產(chǎn)品種類多，在國民經(jīng)濟(jì)中有很重要的作用。其中燒制是陶瓷生產(chǎn)工藝過程中最為重要的階段，不但與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)，還占用著全程60%70%的消耗。所以如果能優(yōu)化燒成過程，減少能源消耗，會帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。陶瓷的燒制窯是一種連續(xù)窯，他用許多平行排列的不停轉(zhuǎn)動的滾輪構(gòu)成通道，陶瓷坯件就放在滾輪上被帶動著經(jīng)歷預(yù)熱、燒成、冷卻、最后出窯。外行上看好像數(shù)個集裝箱緊密挨著排成一個百余米的箱體，外部布滿了輸油管、送風(fēng)管，箱體中部是一根根空心的圓棒，可以原地轉(zhuǎn)動。他具有工藝先進(jìn)、設(shè)計合理、易操作、易維修等優(yōu)點，在建筑陶瓷工業(yè)中作為燒成設(shè)備，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。其中控制系統(tǒng)是完成陶瓷燒成的關(guān)鍵，因為在燃燒過程中最為重要的是溫度制度。溫度要達(dá)到設(shè)定值，要波動小，要左右平衡，上下溫差穩(wěn)定，產(chǎn)品的質(zhì)量才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。先進(jìn)的的工業(yè)窯爐都對爐內(nèi)溫度進(jìn)行自動控制，以使之與燒成曲線吻合。所以綜上所述陶瓷燒成窯的控制系統(tǒng)包括溫度控制和氣氛控制。整個窯體長度在百米以上，主要控制點分布于窯體的燒成段。如果在燒成的過程中使用那些傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，就要先將分布于整個窯體的傳感器、執(zhí)行器和控制器相連，這樣的話如何布線將是一個很大問題，其中布線的成本還不低，在管道中的各個方面的干擾還非常的強，控制器和傳感器的模擬信號都受到了很大影響，特別是對溫度傳感器的影響，由于他的信號是毫伏級的，其精度要達(dá)到幾十個毫伏，在這樣強干擾存在的條件下，傳輸距離有比較長（幾十到一百多米），是一個很難徹底解決的問題，這樣的話陶瓷產(chǎn)品的質(zhì)量要想提高就非常的困難。但如果將CAN總線的技術(shù)應(yīng)用到陶瓷窯洞的控制系統(tǒng)中，就可以有效的解決以上的問題。所有溫度、壓力、含氧量、對風(fēng)機變頻器控制等的模擬量信號以及各種檢測信號、報警信號和對燒嘴供油閥控制的角執(zhí)行器的控制信號等開關(guān)量信號都可以通過CAN網(wǎng)絡(luò)和主控制器實現(xiàn)全數(shù)字化通信，避免長距離的傳輸模擬量而造成的信號的精度損失。另外，各智能模塊還可以分擔(dān)主控制器的控制算法，實現(xiàn)分布式算法。6．2 CAN總線系統(tǒng)與其他總線系統(tǒng)的介紹現(xiàn)場總線是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的。隨著微處理器與計算機功能的不斷增強與價格的急劇降低，計算機與計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展，而處于生產(chǎn)過程底層的測控自動化系統(tǒng)，采用一對一的連線，使用模擬信號進(jìn)行測量控制，難以實現(xiàn)設(shè)備之間以及系統(tǒng)與外界的信息交換。因此必須設(shè)計出一種能在工業(yè)環(huán)境運行的、性能可靠的、造價低廉的通信系統(tǒng)，形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場自動化設(shè)備之間的多點數(shù)字通信，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界之間的信息交換。現(xiàn)場總線就是在這種實際需求的驅(qū)動下應(yīng)運而生的。他作為過程自動化、制造自動化、樓宇、交通等領(lǐng)域現(xiàn)場智能設(shè)備之間的互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場控制設(shè)備之間及其更高控制管理層網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系。目前國際上存在有多種現(xiàn)場總線，他們都有各自的組織、標(biāo)準(zhǔn)、芯片和應(yīng)用領(lǐng)域。每一種現(xiàn)場總線都在其支持公司或者組織多年產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)成果積累的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，其技術(shù)側(cè)重點不一樣，各有特色，主要的應(yīng)用領(lǐng)域也不盡相同。下面介紹現(xiàn)國際上比較流行的幾種現(xiàn)場總線：ProfiBUS是集合德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，多用于過程控制、大型裝配和物料輸送機械，并由ProfiBUSDP（主從）、ProfiBUSFMS（多主）、ProfiBUSPA（本質(zhì)安全防爆）組成了ProfiBUS系列。DP型用于分散外射間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工 自動化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS的含義為現(xiàn)場總線信息規(guī)范，ProfiBUSFMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低電壓開關(guān)等。而PA型則是用于過程自動化的總線類型，他遵從IEC11582的標(biāo)準(zhǔn)，是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。PA采用了OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)連路層，傳輸距離在100m—24km（光纜傳輸并配有中繼器）。DeviceNET是由ALLEN公司開發(fā)的一種基于CAN的開放的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。DeviceNET作為一種高性能的協(xié)議，目前在美國和亞洲的市場處于領(lǐng)導(dǎo)地位，其系統(tǒng)解決方案在歐洲也取得了顯著的業(yè)績增長。DeviceNET用戶組織負(fù)責(zé)發(fā)布規(guī)范及對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行維護(hù)。就像其他的協(xié)議一樣，DeviceNET協(xié)議最基本的功能是在設(shè)備及其相應(yīng)的控制器之間進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換。因此，這種通信是基于面向連接的（點對點或多點傳送）通信模式建立的。這樣DeviceNET即可以工作在主從模式，也可以工作在多主模式。CANopen是基于CAN串行總線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。CANopen可應(yīng)用于多種領(lǐng)域，除了最初從事工業(yè)控制的CiA會員開發(fā)的CANopen網(wǎng)絡(luò)，也可以應(yīng)用在越野車、海上電子設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備，甚至還可應(yīng)用在公共汽車和鐵路。interBUS作為IEC61158標(biāo)準(zhǔn)之一，廣泛的應(yīng)用于制造業(yè)和機械加工行業(yè)中，用于連接傳感器/執(zhí)行器的信號到計算機控制站，是一種開放的串行系統(tǒng)。interBUS總線于1984年推出，其主要技術(shù)開發(fā)者為德國的PHOENX CONTACT公司。interBUS總線上的主要設(shè)備有BT上的BK模塊、IO模塊和安裝在PC或PLC等上位主設(shè)備中的總線控制板?？偩€控制板是interBUS總線上的主設(shè)備，用于實現(xiàn)協(xié)議的控制，錯誤的診斷、組態(tài)的存儲等功能。IO模塊實現(xiàn)在總線控制板和傳感器/執(zhí)行器之間接受和傳輸數(shù)據(jù)，可處理的數(shù)據(jù)類型包括機械制造和流程工業(yè)的所有標(biāo)準(zhǔn)信號。ControlNet是基于改進(jìn)CANBUS技術(shù)，用于PLC與計算機通信網(wǎng)絡(luò)。它可以連接拖動裝置、穿并行裝置、PC、人機界面等。它還可以溝通邏輯控制和過程控制系統(tǒng)，傳輸速率為5Mb/S。 從目前各種現(xiàn)場總線的技術(shù)來看，還沒有一種現(xiàn)場總線能夠完全適用于所有的應(yīng)用領(lǐng)域。因此應(yīng)用層的用戶要根據(jù)自身系統(tǒng)的實際情況、工程的具體要求和經(jīng)濟(jì)實力選擇合適自身的現(xiàn)場總線，使其充分地發(fā)揮長處，同時也使工作達(dá)到最好的效果。結(jié)束語本系統(tǒng)經(jīng)過開發(fā)與設(shè)計后，基本實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書中所需要完成的功能。從控的節(jié)點數(shù)目達(dá)到要求并增加了兩個節(jié)點設(shè)備。 主控設(shè)備與從控設(shè)備已經(jīng)可以進(jìn)行通信并以發(fā)送字符的方式來控制從控設(shè)備的開關(guān)等狀態(tài)。在主控控制設(shè)備控制節(jié)點設(shè)備的同時從控設(shè)備也可以進(jìn)行本地控制，達(dá)到了控制上的一致性。在完成通信之后，可以通過CAN總線把從控設(shè)備節(jié)點的狀態(tài)信息反饋給主控，使主控設(shè)備及時的了解到被控設(shè)備的情況。由于時間上的問題，該系統(tǒng)還是有一些缺點，其中反饋的功能做的不夠完善，用戶界面美觀性及人性化都沒有達(dá)到理想狀態(tài)，節(jié)點的功能上沒有實際生活中的全面等多方面問題。這些都有待進(jìn)一步改善。致謝在本次畢業(yè)設(shè)計中，我從指導(dǎo)老師沈勇老師身上學(xué)到了很多。沈老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我有很大感觸。他無論在理論上還是在實踐中，都給與我很大的幫助，特別是讓我知道遇到問題時如何去有效的解決它，而不是束手無策。在這一段時間中通過沈老師真的使我得到不少的提高，其中有有形的幫助，但更多的是那些無形的，潛移默化的影響 。具有一個好的思考方式帶給我的絕對比拿優(yōu)要多得多。我想這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，再次感謝沈老師在這一段時間所給予的幫助。另外，在系統(tǒng)開發(fā)過程中實驗室中的張老師也給于我很大的幫助，幫助解決了不少的難點，使得系統(tǒng)能及時開發(fā)完成，還有同組的同學(xué)同樣給與我不少幫助，這里一并表示感謝。 主要參考文獻(xiàn)1 于海生，：清華大學(xué)出版社，1999.2