基于CAN总线的自动门控制系统设计.docx

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基于CAN总线的自动门控制系统设计

题目：

基于CAN总线的自动门控制系统设计

专业：

工业自动化

班级：

B自动化082

学号：

姓名：

完成日期：

2012年1月10日

盐城工学院电气学院

内容提要

随着高新技术的不断发展，各种功能强大、性能稳定可靠的新型多功能器件和一些先进的控制理论不断出现，使得控制领域发生了很大的变化。

iCAN教学实验开发平台涉及：

CAN-bus网络通信、iCAN协议、基本的输入、输出功能控制、PC软件编程等技术内容；该实验开发平台涉及的范围广泛，融合不同技术，体现分布式网络控制的优越性。

本实验利用iCAN模块检测光电开关的信号及步进电机的起、停和方向控制，通过实验平台上的步进电机模拟电动门，光电开关信号来模拟实现人的进出。

利用组态软件编写一上位机软件，实现对光电开关的检测及电机的控制。

1概述

1．1课题意义

经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市，自动门已经是随处可见，在各大厦、宾馆、酒店、银行、商场、医院、写字楼等场所，自动门更是得到大范围的普及使用。

自动门不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的建筑增添了不少高贵典雅的气息。

自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中自动平移门使用得最广泛，我们通常所说的自动门、感应门就是指自动平移门。

自动平移门最常见的结构形式是自动门机械驱动装置和门内外两侧红外线，当人走近自动门时，红外线感应到人的存在，给控制器一个信号，控制器通过驱动装置将门打开。

当人通过门之后，再将门关闭。

由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，提高了建筑的档次。

1.2课题方向

本课题主要利用红外线检测和AT89C51的单片机控制系统。

本文是关于自动门控制系统电路设计，使用红外线传感器作为感应器，检测到人体辐射的红外线能量变化，将其转化为电信号，传给单片机。

交流电机作为门驱动装置，通过iCAN模块控制电机，使门自动打开，当人进门后又可以使门自动关闭。

2系统硬件设计

2.1iCAN介绍

iCAN系统:

基于iCAN协议的CAN总线分布式数据采集网络,主要用于实现CAN总线应用中的通信控制和数据采集方案.

iCAN协议是一种基于连接的CAN应用层协议，是整个iCAN系统的基础与核心。

制定iCAN协议的思路源于为中国中小型CAN应用网络提供一种简单、可靠、稳定的应用层协议。

在充分汲取了DeviceNet协议和CANopen协议之精萃的基础上，优先保障通信数据的可靠性与实时性，以相对简单的方式进行数据通信，从而有效降低了硬件实现成本，这就是iCAN协议的巨大优势。

2.2硬件组成结构

系统组成如图1所示，系统的控制台由PC机和CAN总线适配卡等组成；CAN节点主要由单片机、CAN控制器和CAN收发器组成。

该实验主要利用iCAN4050模块控制传动系统的运动方向及起、停控制。

iCAN4050模块功能：

iCAN-4050DI/DO功能模块用于采集开关量输入信号，并提供开关量输出信号。

iCAN-4050DI/DO功能模块具有8路开关量输入通道和8路开关量输出通道。

iCAN-4050DI/DO功能采用CAN总线通讯接口，符合CAN2.0B协议规范。

模块在工作时，将输入的电压型开关量信号或者无源触点信号经过调理以后，送入单片机进行处理，通过CAN总线通讯将输入的开关量信号状态传送到网络中的主控设备，并且主控设备通过CAN总线将输出的开关量状态传送到模块。

iCAN-4050DI/DO功能模块采用表面安装工艺，大大提高了系统在恶劣环境中使用的可靠性。

iCAN-4050DI/DO功能模块的底座上配有导轨架，可以直接安装在标准的DIN导轨上，用户也可以采用其它的简便的安装方式。

参数：

电源具有极性反接保护功能

模块电源：

单电源供电，供电电压为+10V～+30VDC

CAN控制器：

PHILIPSSJA1000

CAN收发器：

PHILIPSPCA82C251

通讯协议：

符合CAN协议规范V2.0B版

工作环境温度：

-20℃～+85℃

物理尺寸：

120mm*80mm*30mm（不计算导轨安装架高度）

安装方式：

可选标准DIN导轨安装或简单固定方式

3模块上线

在此实验中仅以iCANTest测试软件演示上线状态图，如图所示。

其中按纽6控制运动机构的方

向，按纽7控制运动机构的起、停。

当按纽7为绿色时，传动机构停止运行，反之传动机构

运动；当按纽6为红色时，运动机构向右运行，反之向左运行。

控制传动系统启停、方向控制

如表可以控制iCAN4050模块输出信号即可控制运动机构的起、停及方向的改变。

4设置ZOPC服务器

安装并运行ZOPC_Server2.50软件。

单击菜单“设备操作→iCAN→添加新设备→USBCAN2”，弹出“属性-USBCAN2”对话框如下图所示。

单击“添加设备”按钮，这时在“iCAN”面板上将会显示主站设备。

在“iCAN”面板上单击选中“iCAN0”节点，然后单击菜单“设备操作→iCAN→添加新从站”，在弹出的“Slave属性”对话框中，添加iCAN2404模块，地址为0x05，定时循环数为100ms，如下图：

点击“关闭”按钮，在ZOPC_Server的iCAN面板上将会出现如下图所示的从设备及其输入输出数据项。

点击“服务器操作→启动服务器”，然后在iCAN面板上点选USBCAN2_0节点的子节点iCAN0，单击右键，在弹出菜单选择“上线”。

如果设备连接无误，“iCAN0”节点的子节点，即该网络中的从站设备的图标会由变为。

此时OPC服务器的设置已经完成，OPC的客户端可以从服务器中读写数据。

5系统原理图

本系统的上位机采用一台PC机，给机内插上CAN总线适配卡，配以相应软件作为系统的控制台。

控制台以CAN通信协议向各个CAN节点发送控制数据，并接收各个CAN节点发回的检测数据，实现设备的监控。

图中主要利用iCAN4050模块控制电机起、停。

（原理图）

所用器件：

AT89C51，热释电红外传感器，BISS0001芯片，步进电机,iCAN4050模块。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只

读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。

它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。

它不仅能和热释电红外传感器的输出良好地匹配，而且也能和其他多种传感器进行匹配。

它的内部是由运算放大器、电压比较器、与门电路、状态控制器、定时控制器、锁定时间控制器和禁止电路等组成。

步进电动机是纯粹的数字控制电动机：

它将电脉冲信号转变成角位移．即结一个脉冲信号，步进电动机就转动一个角度．因此作常适合于单片机控制。

近30年来．数字技术、计算机技术和水磁材料的迅速发展．推动厂步进电动机的发展，为步进电动机的应用开辟了广闹的前景。

6组态界面

利用MCGS组态软件，采用模块的形式，制作出自动门的监控画面

7循环策略

IF（光电开关0=0）AND（步进电机起停控制=0）THEN

步进电机方向控制=0

进门人数=进门人数+1

ENDIF

IF（光电开关0=1）AND（步进电机起停控制=0）THEN

步进电机方向控制=1

ENDIF

IF（光电开关1=0）AND（步进电机起停控制=0）THEN

步进电机方向控制=0

出门人数=出门人数+1

ENDIF

IF（光电开关1=1）AND（步进电机起停控制=0）THEN

步进电机方向控制=1

ENDIF

实训体会

整个课程设计持续了二周时间，经过这么长时间的努力我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。

在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。

一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。

对于教材管理系统，其程序是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。

因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。

很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对系统的结构很熟悉。

因此可以说系统的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。

通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。

这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。

其次，这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性，只有分工协作才能保证整个项目的有条不絮。

另外在课程设计的过程中，当我们碰到不明白的问题时，指导老师总是耐心的讲解，给我们的设计以极大的帮助，使我们获益匪浅。

因此非常感谢老师的教导。

通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。

我觉得作为一名自动化专业的学生，这次课程设计是很有意义的。

更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。

虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。

参考文献

[1]于洋.《测控系统网络化技术及应用》，机械工业出版社

[2]李正军.《计算机测控系统设计与应用》，机械工业出版社

[3]李江全.《计算机测控系统设计与编程实现》，电子工业出版社

[4]周立功主编.《工业以太网系统教程》

[5]周立功主编.《iCAN教学实验开发平台实验指导》