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正文內(nèi)容

基于vc的can卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

2024-08-15 09:21 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)用層。物理層采用基于 Bell2O2通信標(biāo)準(zhǔn)的 FSK 技術(shù),所以可以通過租用電話線進(jìn)行通信。 HART協(xié)議使用 FSK技術(shù)在 42mA過程測量模擬信號上疊加一個頻率信號。邏輯 1 為 1200Hz,邏輯 0 為 2200Hz,波特率為 1200bps。它成功地使模擬和數(shù)字雙向信號能同時進(jìn)行而且互不干 擾。因此在與智能化儀表通信時,還可使用模擬儀表、記錄儀及模擬控制。在不對現(xiàn)場儀表進(jìn)行改造的情況下,逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字性能 (包括數(shù)字過程變量 ),是一種理想的方案。這是一個由模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)過渡的協(xié)議。在應(yīng)用層規(guī)定了 3 類使命,第一類是通用命令,這是所有設(shè)備都能理解、執(zhí)行的命令;第二類是一般行為命令,它所提供的功能可以在許多現(xiàn)場設(shè)備中實(shí)現(xiàn);第三類為特殊設(shè)備命令,以便在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能,這類命令可以允許開發(fā)此類設(shè)備的公司所獨(dú)有。此外它還為用戶提供統(tǒng)一的設(shè)備描述語言 DDL。 HART 支持點(diǎn)對點(diǎn)、主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣 播方式。 直接通信距離 :有屏蔽雙絞線單臺設(shè)備 3000m,而多臺設(shè)備互相距離 1500m。只使用一個電源時,能連結(jié) 15 個智能化設(shè)備。 LONWORKS 的通信協(xié)議 LONTALK 協(xié)議遵循 ISO/OSI 參考模型,提供了OSI 所定義的全部 7 層服務(wù)。是在現(xiàn)場總線中唯一提供全部服務(wù)的現(xiàn)場總線。 LONWORKS 的核心是 Neuron(神經(jīng)元 )芯片,內(nèi)含 3 個 8 位的 CPU:第一個 CPU為介 CAN 是由德國公司在 80 年代初為了解決現(xiàn)代汽 Bosch車中眾多的傳感器和執(zhí)行裝置之間的數(shù)據(jù)通信而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文) 6 CAN 總線 (Controller Area Network) CAN 最初出現(xiàn)在 80 年代末的汽車工業(yè)中,由德國 Bosch 公司最先提出。當(dāng)時由于消費(fèi)者對于汽車功能的要求越來越多,而這些功能的實(shí)現(xiàn)大多是基于電子操作的,這就使得電子裝置之間的通訊越來越復(fù)雜。同時意味著需妥更多的連接信號線。提出以 N 總線的最初動機(jī)就是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊,減少不斷增加的信號線。于是他們設(shè)計了一個單一的網(wǎng)絡(luò)總線,所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。 1993 年 CAN 己成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO21898(高速應(yīng)用 )和 ISO21519。 低速應(yīng)用 CAN 是一種多主站方式的串行通訊??偩€基本設(shè)計規(guī)范要求有高的位速率高抗電磁干擾性,而且能夠檢測產(chǎn)生的任何錯誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到 10Km時 CAN 仍可提供高達(dá) 50Kbit/S 的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于 CAN 總線具有很高的實(shí)時性能,因此 CAN 己經(jīng)在汽車工業(yè) 、 航空工業(yè)、工業(yè)控制安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 CAN 總線 的可行性 CAN( Controller Area Network)總線是現(xiàn)場總線的一種,它采用雙線串行通信方式工作 ,檢錯能力強(qiáng),可在高噪聲干擾環(huán)境中使用最大通信速率 1Mbps(最遠(yuǎn)通信距離 40m)。最遠(yuǎn)通信距離可達(dá) 10km (最大通信速率 5Kbps)。 CAN具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能,多個控制模塊通過 CAN 控制器掛到 CAN2bus 上,形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)。 由于采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計, CAN 總線與一般的通訊總線相比,它的數(shù)據(jù)通訊具有突出的可靠性、實(shí)時性和靈活性。其特點(diǎn)可概括如下: 第一 CAN 為多主方式工作,網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任一時刻主動 向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,而不分主從。 第二, 在報文標(biāo)識符上, CAN 上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級,可滿足不同的實(shí)時需要,優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在 134μs 內(nèi)得 到傳輸。 第三, CAN 采用非破壞總線仲裁技術(shù)。當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)同時向總線發(fā)送信息發(fā)生沖突時,優(yōu)先級較低的節(jié)點(diǎn)會主動的退出發(fā)送,而最高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)可不受影內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文) 7 響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù),從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下,也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況(以太網(wǎng)則可能)。 第四, CAN 節(jié)點(diǎn)只需要通過對報文的標(biāo)識符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。 第五, CAN 的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km(速率 5kbps 以下);通信速率最高可達(dá) 1Mbps(此時通信距離最長為 40m)。 第六, CAN 上的節(jié)點(diǎn)數(shù)取決于總線驅(qū)動電路,目前可達(dá) 110 個。在標(biāo)準(zhǔn)幀報文標(biāo)識符有 11 位,而在擴(kuò)展幀的報文標(biāo)識符( 29 位)的個數(shù)幾乎不受限制。 報文采用短幀結(jié)構(gòu),傳輸時間短,受干擾概率低,保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。 第七, CAN 的每幀信息都有 CRC 校驗(yàn)及其他檢錯措施,具有極好的檢錯效果。 第八, CAN 通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖,選擇靈活。 第九, CAN 節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的操作不受影響 ,有自 動退出總線的功能。 所以其可靠性和實(shí)時性遠(yuǎn)高于普通的通信技術(shù)。如 RS2485, BITBUS 等。CAN 及控制器局域網(wǎng)絡(luò), CAN 是到目前為止唯一有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線 CAN,具有十分優(yōu)越的特點(diǎn),低成本、 高性能、高可靠性及獨(dú)特的設(shè)計, CAN 越來越受到人們的重視,因此,探討一種實(shí)用的 CAN 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件設(shè)計是一個有意義的研究課題。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文) 8 第三章 控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計 人機(jī)界面 是指人和機(jī)在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域或稱界面所說人機(jī)結(jié)合面,信息交換,功能接觸或互相影響,指人和機(jī)器的硬接觸和軟 接觸,此結(jié)合面不僅包括點(diǎn)線面的直接接觸,還包括遠(yuǎn)距離的信息傳遞與控制的作用空間。人機(jī)結(jié)合面是人機(jī)系統(tǒng)中的中心 環(huán)節(jié),主要由安全工程學(xué)的分支學(xué)科安全人機(jī)工程學(xué)去研究和提出解決的依據(jù),并過安全工程設(shè)備工程學(xué),安全管理工程學(xué)以及安全系統(tǒng)工程學(xué)去研究具體的解決方法手段 措施。在本設(shè)計中,人機(jī)界面是在 VC 環(huán)境下利用 Buttong 按鈕和 Edit 編輯框設(shè)計而成,如圖 所示。 圖 人機(jī)控制界面 頻率和 振幅 的 設(shè) 置 當(dāng)控制器接收到監(jiān)控計算機(jī)發(fā)送的波形參數(shù)設(shè)定信息后,發(fā)送響應(yīng)命令,并準(zhǔn)備接收控制器參數(shù)設(shè)定信息,見表 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文) 9 表 數(shù)據(jù)信息 :2 個字節(jié)的波形的參數(shù) 字節(jié)順序 位順序 內(nèi)容 說明 第 1 字節(jié) 幅值參數(shù) 參 數(shù)帶 1 位小數(shù),則放大 10 倍發(fā)送 第 2 字節(jié) 頻率參數(shù) 參數(shù)帶 1 位小數(shù),則放大 10 倍發(fā)送 頻率,振幅的設(shè)計分為兩部分,一是對給定曲線的頻率、振幅進(jìn)行調(diào)節(jié);二是對數(shù)據(jù)實(shí)時采集曲線的頻率、振幅的顯示。 CAN 參數(shù)按鈕的設(shè)置 CAN 參數(shù)按鈕設(shè)置是對 CAN 的參數(shù)的隱藏和展開,目的是為了設(shè)計一個典型用戶控制界面。 代碼如下: void CBiYeSheJiDlg::OnOnkuozhan() { CString str。 if(GetDlgItemText(IDC_kuozhan,str),str==隱藏 參數(shù)設(shè)置 ) { SetDlgItemText(IDC_kuozhan,參數(shù)設(shè)置 )。 } else { SetDlgItemText(IDC_kuozhan,隱藏參數(shù)設(shè)置 )。 } static CRect rectLarge。 static CRect rectSmall。 if(()) { CRect rectSeparator。 GetWindowRect(amp。rectLarge)。 GetDlgItem(IDC_SEPARATOR)GetWindowRect(amp。rectSeparator)。 =。 = 。 =。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文) 10 =。 } if(str==隱藏參數(shù)設(shè)置 ) { SetWindowPos(NULL,0,0,(),(),SWP_NOMOVE|SWP_NOZORDER)。 } else { SetWindowPos(NULL,0,0,(),(), SWP_NOMOVE|SWP_NOZORDER)。 } } 它利用了 SetWindowPos 函數(shù) , 該函數(shù)改變一個子窗口,彈出式窗口式頂層窗口的尺寸,位置和 Z 序 。 子窗口,彈出式窗口,及頂層窗口根據(jù)它們在屏幕上出現(xiàn)的順序排序、頂層 窗口設(shè)置的級別最高,并且被設(shè)置為 Z 序的第一個窗口。 振動參數(shù) PID 設(shè)計 目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。同時,控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。智能 控制的典型實(shí)例是模糊全自動洗衣機(jī)等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接 口??刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu),加到被控系統(tǒng)上;控制系統(tǒng)的被控量,經(jīng)過傳感器,變送器,通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng),其傳感器、 變送 器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前, PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器 (儀表)已經(jīng)很多,產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用,有各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品,各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文) 11 能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator),其中 PID 控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用 PID 控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制 器,能實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的可編程控制器 (PLC),還有可實(shí)現(xiàn)PID 控制的 PC 系統(tǒng)等等。 可編程控制器 (PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn)PID 控制,而可編程控制器 (PLC)可以直接與 ControlNet 相連,如 Rockwell 的PLC5 等。還有可以實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的控制器,如 Rockwell 的 Logix 產(chǎn)品系列,它可以直接與 ControlNet 相連,利用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。 PID 控制的原理和特點(diǎn) 過程控制中,按偏差的比例( P)、積分( I)和微分( D)進(jìn)行控制的 PID控制器(亦稱 PID 調(diào)節(jié)器)是應(yīng)用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單,易于實(shí)現(xiàn), 適用面廣,控制參數(shù)相互獨(dú)立,參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點(diǎn);而且在理論上可以證明,對于過程控制的典型對象 ──“一階滯后+純滯后 ”與 “二階滯后+純滯后 ”的控制對象, PID 控制器是一種最優(yōu)控制。 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法,它的參數(shù)整定方式簡便,結(jié)構(gòu)改變靈活( PI、PD)。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時,控制理論的 其它技術(shù)難以采用時,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參 數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定,這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象,或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時,最適合用 PID 控制技術(shù)。 PID 控制,實(shí)際中也有 PI和 PD 控制。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、 積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。 ( P)控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。就是對偏差進(jìn)行控制,偏差一旦產(chǎn)生,控制器立即就發(fā)生作用即調(diào)節(jié)控制輸出,使被控量朝著減小偏差的方向變化,偏差減小的速度取決于比例系數(shù) Kp, Kp 越大偏差減小的越快,但是很容 易引起振蕩,尤其是在遲滯環(huán)節(jié)比較大的情況下, Kp 減小,發(fā)生振蕩的可能性減小但內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文) 12 是調(diào)節(jié)速度變慢。但單純的比例控制存在靜差不能消除的缺點(diǎn)。這里就需要積分控制。 ( I)控制 在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)( System with Steadystate Error) 。 為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入 “積分項(xiàng) ”。積分項(xiàng)對誤差取決于時間的積分,隨著時間的增加,積分項(xiàng)會增大。這樣 , 即便 誤差很小,積分項(xiàng)也會隨著時間的增加而加大,它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小,直到等于零。因此,比例 +積分 (PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 實(shí)質(zhì)上就是對偏差累積進(jìn)行控制,直至偏差為零。積分控制作用始終施加指向給定值的作用力,有利于消除靜差,其效果不僅與偏差大小有關(guān),而且還與偏差持續(xù)的時間有關(guān)。簡單來說就是把偏差積累起來,一起算總帳。 3. 微分( D)控制 在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會 出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后 (delay)組件,具有抑制
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