基于ARM和CAN总线技术的溢流染色机控制系统研究

论文摘要

目前国内外溢流染色机的控制器分为两大类：单片机和可编程控制器PLC。但是，单片机控制器运算速度慢，外部电路复杂，抗干扰能力弱，需要另外加入软硬件保护，维护困难。而PLC控制系统的硬件成本较高，系统集成度相对比较低，在联网功能上存在不足，也难以实现与企业信息系统的集成。PLC和单片机控制已经不能满足现代染色机控制技术的要求。因此，本文提出基于ARM和CAN总线技术对溢流染色机的控制系统进行研究。主要内容如下：分析了溢流染色机的工作原理和染色工艺，根据溢流染色机的功能要求和性能要求，通过对单片机系统、PLC控制系统及ARM控制系统进行分析和比较，以及对RS485总线和CAN总线的优缺点进行分析。提出把ARM控制器与CAN总线技术相结合，在实现单台溢流染色机控制的同时，又实现与上位机的通讯的溢流染色机控制系统方案，并对主要的器件进行选型。对PID控制算法和模糊控制算法的优缺点进行了分析，提出利用模糊控制和PID控制两者相结合的方法对溢流染色机的温度进行控制，设计了模糊控制器，建立了溢流染色机温度控制模型，对溢流染色机温度控制进行仿真，分析了仿真结果，温度误差在溢流染色机的工艺要求范围之内。基于控制系统的核心芯片ARM，分析和设计控制系统的硬件电路，包括：温度采集电路，压力采集电路、液位采集电路、D/A转换电路、串口通讯电路和一些基本电路等。建立了软件开发环境，基于Linux系统，对控制系统进行软件设计。并且从硬件和软件的角度设计了系统的防干扰措施。对系统的温度控制进行了实验调试，采集了温度数据，并对数据进行了分析。基于CAN总线，选取了CAN协议控制器、CAN收发器和RS232/CAN总线的转换器，设计了CAN通讯的硬件电路；制定了CAN总线的应用层协议；基于硬件电路，设计了CAN总线通讯的软件程序，对CAN总线通讯进行了实验调试，并且数据通讯良好。通过分析和设计，初步建立了基于ARM和CAN总线技术的溢流染色机控制系统，为下一步的现场调试奠定了基础，另外该系统大大提高了染色机自动化水平，在纺织企业中具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外染色机控制系统的研究现状
• 1.3 ARM 控制器应用技术
• 1.4 CAN 总线应用技术
• 1.5 课题的主要研究内容
• 第二章 溢流染色机控制系统整体方案
• 2.1 溢流染色机
• 2.1.1 溢流染色机的工作原理
• 2.1.2 溢流染色机的工艺过程
• 2.2 溢流染色机控制系统的需求分析
• 2.2.1 功能要求
• 2.2.2 主要规格及技术参数
• 2.3 控制系统的方案论证
• 2.3.1 溢流染色机控制方案分析
• 2.3.2 RS485 与 CAN 总线的分析
• 2.4 控制系统方案的提出
• 2.4.1 整体方案
• 2.4.2 主要器件的选择与分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 溢流染色机温度控制算法的研究与仿真
• 3.1 温度控制算法的研究
• 3.1.1 PID 控制算法
• 3.1.2 模糊控制算法
• 3.1.3 Fuzzy-PID 算法的结合
• 3.1.4 溢流染色机的温度控制过程
• 3.2 模糊控制器的设计
• 3.2.1 FIS 编辑器的建立
• 3.2.2 隶属度函数编辑器的建立
• 3.2.3 控制规则编辑器
• 3.3 溢流染色机温度控制对象的建立
• 3.4 溢流染色机温度控制仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于 ARM 的溢流染色机控制系统研究
• 4.1 控制系统的硬件电路
• 4.1.1 外部存储器
• 4.1.2 模拟信号输入电路
• 4.1.3 数字信号输入电路
• 4.1.4 信号输出电路
• 4.1.5 串口通讯电路
• 4.1.6 其它基本电路
• 4.2 基于 Linux 操作系统的软件程序的实现
• 4.2.1 Linux 内核的实现
• 4.2.2 应用程序的设计
• 4.3 系统的防干扰措施
• 4.4 系统实验调试
• 4.5 实验误差因素分析
• 4.6 小结
• 第五章 基于 CAN 总线的溢流染色机通讯研究
• 5.1 CAN 总线通讯的硬件电路
• 5.1.1 CAN 总线控制器
• 5.1.2 CAN 总线收发器
• 5.1.3 RS232/CAN 总线的转换器
• 5.1.4 CAN 总线通讯接口的电路设计
• 5.2 CAN 总线通讯协议的制定
• 5.2.1 信息标识符的分配
• 5.2.2 应用层信息帧格式
• 5.2.3 数据交换方法
• 5.2.4 报文滤波机制
• 5.3 软件程序的设计
• 5.3.1 程序流程规划
• 5.3.2 MCP2510 的初始化
• 5.3.3 报文的发送程序设计
• 5.3.4 报文的接收程序设计
• 5.3.5 错误中断程序
• 5.4 CAN 总线通讯实验调试
• 5.4.1 CAN 的自收发功能调试
• 5.4.2 CAN 总线与上位机通讯的调试
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录