毕业设计133南京工业大学基于CAN总线的智能压力传感器Word格式文档下载.docx

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2、了解CAN总线的原理、特点;

3、设计一种基于CAN总线的智能压力传感器，使之具有数据存储、显示、报警、修改上下限报警值以及通信功能;

要求硬件配置方面包括微控制器模块、压力传感器模块、数码管显示模块、通信模块及仪表的抗干扰措施的设计;

软件方面包括初始化模块、数据采集模块、数据处理模块、LED显示模块、通信模块及控制模块等相应程序以及总程序的编写;

最后进行软硬件仿真调试。

院长签字：

指导教师签字：

南京工业大学毕业设计指导教师评阅书

指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；

②独立解决实际问题的能力；

③研究内容的理论依据和技术方法；

④取得的主要成果及创新点；

⑤工作态度及工作量；

⑥总体评价及建议成绩；

⑦存在问题；

⑧是否同意答辩等）：

成绩：

指导教师签字：

年月日

南京工业大学毕业设计评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；

②基础理论及基本技能的掌握；

③综合运用所学知识解决实际问题的能力；

③工作量的大小；

⑤写作的规范程度；

评阅教师签字：

南京工业大学毕业设计答辩及综合成绩

答辩情况

提出问题

回答问题

正确

基本

正确

有一般性错误

有原则性错误

没有

回答

答辩委员会评语及建议成绩：

答辩委员会主任签字：

学院领导小组综合评定成绩：

学院领导小组负责人：

摘要

针对目前我国煤炭安装生产中液压支架监测系统传统测量方法存在的种种不足，从煤矿综合机械化采煤的特殊环境出发，提出了一种基于CAN总线的智能压力传感器。

本文针对总线型仪表的要求，选用了PIC系列的带有CAN总线接口的18F458单片机，开发了一种基于CAN总线的智能压力传感器。

本论文主要介绍了：

首先对CAN总线进行详细的介绍；

然后在硬件配置方面加以介绍，包括微控制器模块、传感器模块、显示模块、通信模块；

接着从软件方面加以介绍，包括初始化模块、A/D转换模块、修改报警上下限模块、LED显示模块、通信模块以及软件抗干扰措施的编写，即给出了系统总的程序流程图和各子程序流程图。

结合自己的调试经历说明了单片机系统软硬件调试原则和需要特别注意的地方。

总结了自己在系统设计中所完成的内容、遇到的问题及解决方案、所得到的收获和体会。

关键词：

CAN总线;

智能压力传感器;

PIC18F458;

数据处理

ABSTRACT

Basedontheconditionaboutdisadvantageoftraditionalmeasuringmethodandspecialenvironmentofthefully-mechanizedcoalmining,thepaperpresentesakindofpressuremeasuringdevicebasedonCANbus.

Inordertomeetwithrequirementsoffieldbusinstruments,asmartsenorofpressurebasedonCANfieldbustechonogyisdeveloped.ItisexploitedbyusingPIC18F458seriesmicrocontrollerwithCANinterface.Themajorcontentsofthiscontentincludethefollowingparts:

ThefirstpartisaboutCANfieldbusfeatures.Thesecondpartisaboutthedesignofhardware,includingthemirocotrollermodule,thesensormodule,theLEDmodule,thecommunicationmodule.Thethirdpartisaboutthedesignofsoftware,includingtheprogramofinitialization,dataacquisition,dataprocessing,alterthehighandlowlimitofthearmingvalue,LED,communicationandsoftwareanti-jammingmeasure.What’smore,thepaperexplainesthemethodofdataprocessingandprogramflowsheets,andillustratestheprincipleandproblemsofsystemdebuggingaccordingtomyexperience,andexplainesproblemsandgainsinmydesign.

Keywords:

CANbus;

SmartPressureSennors;

PIC18F458;

DataProcessing

1绪论

1.1研究背景和介绍

众所周知，提高矿井安全性能指标，始终是煤矿系统工作的重大课题。

而液压支架系统是煤矿安全生产过程中的一个重要环节。

液压支架的生命力所在，即“两力”：

初撑力与工作阻力，它们既是液压支架性能特征的重要参数，也是工作面生产管理的重要指标，尤其是初撑力，在所有工作面生产管理的参数指标中占有举足轻重的地位，而且对其它一些参数指标起决定性的影响。

现场常见的压垮型、漏冒型及推垮型三类顶板事故中，其事故发生原因大都在于支架的初撑力不足[1]，因为，支架初撑力不足，达不到设计标准要求，首先会直接导致直接顶和基本顶的离层，这样当基本顶断裂岩块岩块露出煤壁往下运动时，容易产生冲击载荷，诱发压垮型顶板事故的发生；

其次，支架初撑力不足，顶梁接顶点后移，实端面距加大，再遇上软弱破碎顶板条件或断层破坏带，极易引发发生率极高的端面冒顶事故；

再次，初撑力不足直接导致支架初撑力并确保其符合要求，就可以杜绝回采工作面绝大部分事故的发生。

为此，实时采集支架压力，掌握支架的初撑力、顶板的周期来压的规律，对于煤矿的安全生产是十分重要的。

另外，对液压支架的数据测量/传输必须兼顾快速性、准确性、可靠性、通讯的灵活性等原则。

利用CAN总线的性能和极高的可靠性把压力数据传给终端，对提高生产效率，确保煤炭生产的安全性具有重要的现实意义。

对液力支架初撑力的监测一直是现场和工作人员研究的重点，但据资料显示，国内外煤炭生产对液压支架初撑力监测的措施及装置几乎寥寥无几。

在我国，对该项指标的监测方法也比较落后，多数的综采工作面沿用临时安装压力表（常见的如直读式压力表）的方法[2]。

此方法的优点是压力显示直观，初期购置费用低，缺点是工作量大，数据记录周期长，实时性差，只能随机由人工读取压力值，易受人为因素的影响，而且使用寿命普遍较短，一般为1个月～3个月。

这种压力监测形式不能快速而真实地反映支架在每个工作过程或循环中的实际工作状态，总结不出有关支架和顶板状态分析的技术资料和管理经验；

况且凭支架操作人员的经验及感觉来决定初撑力的大小显然是不科学的，同时也是相当危险的：

因为在不同的顶板及地质条件下，支架的设计或标准初撑力一经量化地确定以后，支架的操作就必须严格按标准要求执行，以确保支架对顶板的合理控制以及支架——围岩系统的良性运作，否则必然引起顶板事故，后果不堪设想。

还有一种常见的方法，就是在液压支架上安装圆图压力自记仪。

它与直读式压力表相比具有一定的优越性，但使用中，仍有诸多不完善之处：

初期购置费用高、工作寿命不理想（3个月～6个月换机芯）、测量精度低、使用操作工作量大。

到目前为止，因其测量点少、数据代表性差，还未能得到推广利用。

总而言之，以前的液压数据监测仅仅提供现场数据的显示和报警，在各设备上加智能仪表，比较分散，不利于整体了解现场具体情况和进行及时检修，液压数据也无法保存，而这些数据是查清液压支架故障原因和检修的重要依据；

智能仪表的各种操作，如调零、限值、精度都因环境和人为因素，影响了简单仪表的显示、报警功能，加之工作环境恶劣（高温、震动、电磁波辐射等），导致其实时性、准确性都较差。

目前我国煤矿液压支架监测监控系统存在明显的缺点和不足[3]：

1）无法构成多主结构，不能满足在分布式系统中监控分站之间相互通信的要求;

2）主接点任务繁忙，一旦主节点出现故障就可能引起系统瘫痪;

3）数据通信方式为命令响应式，数据传输速率低;

4）当下端出现异常时，数据不能立即上传，系统灵活性差，实时性不够高。

随着科学技术的发展，煤矿生产自动化及工作面的逐步实现，现有的煤炭生产管理也面临着一场新的革命，现代化的科学、经济、合理的煤炭生产管理已为期不远。

目前，世界上已经出现了先进的液压监测设备，如德国的PM3、PM4等，可将支架压力监测与移架控制、工作面监测信号、工作面扩音电话集成在一个系统中传输。

我国部分煤矿也引进了这些设备，提高了矿井安全性能，增加经济和社会效益。

另外，现场总线技术的发展突飞猛进，总线技术广泛应用于各种工业现场，特别适用于做优化、分析及维护的系统。

90年代，国内开始对现场总线进行研究，并已在诸多领域中应用。

针对目前煤炭液压监测的许多缺点和弊端，现场总线技术在该行业中的应用越来越受到人们的关注。

本课题的主要内容是研制出一套适用与井下液压支架压力监测的装置。

系统所实现的功能是实时采集压力数据并存储、显示、传输。

按功能定义的不同，压力监测装置可分为四部分，其中数据采集部分主要完成对压力的实时采样；

数据处理部分主要完成对采集数据的处理；

显示部分主要显示所采集的压力的大小。

同时，信息传输部分还要将监测到的数据及时的通过CAN总线传递给终端，以实现对参数的随机查询，对信息的存储与处理，及时调整控制方案，提高生产安全。

1.2现场总线技术综述

现场总线是用于连接过程自动化和制造自动化最底层的现场设备或现场仪表的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。

现场总线的特点主要表现在以下方面：

（1）一对N结构一对传输线，N台仪表，双向传输多个信号。

这种一对N结构使得接线简单，工程周期短，安装费用低，维护容易。

如果增加现场设备或现场仪表，只须并行挂接到电缆上，无需架设新的电缆。

（2）可靠性好现场总线采用数字信号传输，而数字信号传输抗干扰性强，精度高，因此可靠性好。

（3）可控状态操作员在控制室既可以了解整个系统中现场设备和仪表的工作状况，也能对其进行参数调整，因此可以预测或发现故障，提高了系统的可控性和可维护性。

（4）互换性用户可以自由选择不同制造商所提供的性能价格比最优的现场设备或现场仪表，并将不同品牌的仪表互联。

（5）互操作性用户把不同制造商的各种品牌的仪表集成在一起，进行统一组太，构成其所许需要的控制回路；

而不必为集成不同品牌的产品在硬件或软件上花费力气或增加额外投资。

（