基于CAN总线的冷库监控系统设计

摘要

众所周知，我国是世界上的农业大国，农副产品保鲜是农产品产销链上的重要环节，目前在市场上已经几乎看不到没有冷藏处理过的农副产品。然而我国平均食物年产值约为3000亿美元，超过20％的食物由于没有很好地冷藏而被浪费，因此必须对冷藏食物的载体冷库实行在线监控。
　　 本论文课题来源于某冷库在线监控系统的改造项目，该冷库原来的在线监控系统采用集中式控制方式，控制器与现场设备之间靠大量的I/O接口，不仅增加成本，同时也增加了系统的不可靠性。并且冷库的温度和湿度的测量采用传统的模拟温度传感器和模拟湿度传感器，它们需要经过信号调理电路和信号转换电路才能与微处理器相连时，因此存在测量信号的精度低、电路设置复杂、维护不方便、测量信号容易受干扰等缺点。改造后的冷库监控系统采用分布式监控方式，冷库监控终端负责检测和控制现场温度与湿度，冷库服务器负责管理和监控整个系统的运行，冷库监控终端和冷库服务器采用CAN总线的方式进行通讯。
　　 本文基于Atmel(爱特梅尔)公司的8位单片机处理器ATmegal28和现场CAN总线，设计了具有冷库温度和湿度实时在线监控功能的监控终端和冷库服务器端具有冷库在线管理功能的冷库管理软件，主要工作如下：
　　 1.监控终端采用Xmodem协议，编写ATmegal28的Bootloader程序，并配置其容丝位，选择从Bootloader程序启动，通过Bootloader程序读取RS485升级口的数据，可以实现冷库监控终端应用程序的在线升级。
　　 2.监控终端采用12c接口的数字温度传感器SHT75实现冷库内温度和湿度的在线采集，并对采集后的温度和湿度进行处理，得出冷库内总体的温度和湿度，并采用数字PID算法对温度控制器件和湿度控制器件的控制。
　　 3.监控终端采用FPGA芯片(EPlC3T144C8)对其外围的电路进行控制，包括按键输入模块的读取、压缩机启停控制、加湿机的启停控制、吸湿机的启停控制、
　　 LCD显示模块的控制和报警模块的控制。
　　 4.监控终端选择SJAl000做为CAN总线控制器，实现冷库监控终端和冷库服务器的数据通信，冷库监控终端定时自动上传采集的温度和湿度到冷库服务器，为冷库服务器分析冷库的温度和湿度变化规律提供依据，同时冷库服务器通过CAN总线通信对冷库监控终端设置参数进行在线配置。
　　 5.冷库服务器采用Libview软件开发了冷库管理软件，实现对其下的所有冷库在线监控。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 冷库监控系统的研究现状

1.3 目前存在的难点

1.4 论文的章节安排及其创新点

第2章 CAN总线的基础知识和监控系统的总体设计

2.1 CAN总线的基础知识

2.1.1 CAN总线的特点

2.1.2 CAN总线的分层结构及帧格式的定义

2.2 监控系统的总体构架设计

2.2.1 冷库的特点

2.2.2 监控系统的总体构架设计

2.3 监控系统通信协议的规定

2.4 监测终端的硬件总体设计

2.4.1 单片机处理器选择

2.4.2 CAN总线控制器的选择

2.4.3 温度和湿度传感器选择

2.2.4 监控终端硬件的总体设计

2.5 监控终端软件设计的总体思路

第3章 监控终端的硬件设计

3.1 采集模块的硬件设计

3.1.1 数字温湿度传感器SHT75的介绍

3.1.2 采集模块的硬件设计

3.2 数据存储模块的硬件设计

3.2.1 外扩RAM模块的电路设计

3.2.2 EEROM模块的电路设计

3.3 CAN总线模块的硬件设计

3.4 FPGA模块的硬件设计

3.4.1 FPGA介绍

3.4.2 FPAG电路的设计

3.4.3 控制电路的设计

3.4.4 按键输入电路的设计

3.4.5 报警电路的设计

3.4.6 LCD显示电路的设计

3.5 在线升级模块的硬件设计

3.6 电源模块的硬件设计

3.7 硬件抗干扰的设计

第4章 监控终端的软件设计

4.1 主函数的软件设计

4.2 初始化模块的软件设计

4.3 温度和湿度采集中断的软件设计

4.4 CAN总线通信模块的软件设计

4.4.1 CAN总线发送模块的软件设计

4.4.2 CAN总线接收模块的软件设计

4.5 数据处理模块的软件设计

4.5.1 数字PID算法简介

4.5.2 数据处理模块的软件设计

4.6 数据存储模块的软件设计

4.7 控制模块的软件设计

4.8 输入模块和显示模块的软件设计

4.8.1 输入模块的软件设计

4.8.2 显示模块的软件设计

4.9 Bootloader程序的设计

4.9.1 Xmodem协议介绍

4.9.2 Bootloader程序的设计

4.10 软件抗干扰措施

第5章 冷库管理软件设计简介

5.1 冷库管理软件的总体结构

5.2 冷库管理软件各个模块的功能介绍

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间撰写的学术论文和研究项目

致谢