基于CAN总线食堂刷卡系统的改进设计 副本.docx

1、基于CAN总线食堂刷卡系统的改进设计 副本一、 项目申请理由（包括项目背景及自身具备的知识、素质、能力等研究条件）为激发新世纪大学生的创新思维和意识，培养创新型人才，根据教育部国家大学生创新性实验计划有关文件精神，学校决定组织开展第五批校级大学生创新性实验计划项目申报工作,为了提高我们的创新和动手能力，我们想借此机会实践一下。在学好扎实的理论知识基础上,课余时间积极主动自主学习和电子设计有关的知识,如单片机,matlab及多种仿真软件multisim、protel、proteus，对电子设计有了一定的理论基础，头脑中也充斥着无数奇思妙想，渴望能将理论和实践结合起来，给学习带来更多的乐趣。 我们

2、这个队可能是参赛中为数不多的纯09级学生。我们的知识或许没有学长那么渊博，我们的经历也没有学长丰富。可我们愿意努力改变自己，提高自己。我们这个队伍刚刚还在参加“毕昇杯”电子设计大赛。很多人说我们什么都不会跑去参加什么比赛。是的，我们没有过多大的专业技能和知识，可我们正在改变自己。从当初只认识电阻到现在基本区分常用电子器件，从对硬件一无所知到学习STC89S52单片机，从只知道考试到做出了自己的最小系统，这条路我们走的很辛苦，可我们很快乐，我们在成长，我们在奋斗，没有什么比这更好的了。选择这个课题，是因为目前校园消费信息管理系统底层网络多采用RS-485总线的组网方式。采用RS-485总线组网具

3、有结构简单，成本低等优点，但采用RS-485总线无故障定位和错误处理能力，组网的灵活性不强。有一些学校的校园消费信息管理系统采用以太组网方式，将每个节点就近连接在校园网上，但这种情况下，实时响应能力也不强。因此，在很多方面并不合适，所以有些地方需要改进。在查阅了相关资料后发现，如果快速在两个窗口机上刷下不同的金额，数据终端会扣除金额最少的一次消费。这就是RS-485总线造成的数据延时，而采用CAN总线控制的校园消费信息网管理系统控制的底层网络具有传输效率高，抗干扰能力强，硬件连接方便等特点，使得使用、维护和扩充都更为方便。此外，学习设计此总线传输所需要的知识一方面是我们要学习掌握的基础知识。需

4、要单片机，及其外围电路的扩充，如数码管显示，矩阵键盘，复位电路，还有通过CAN总线收发器连接网络等等，这也是我们现在学习的，希望通过参加此类活动，能是我们更加深刻的理解我们所学的知识，另一方面，本项目中所设计的知识与以后的工作和社会的发展密切相关，所以此项目具有可行性。整个系统的核心是DS80C410单片机，DS80C410网络微控制器是集成度最高的8051器件。外设包括一个10/100以太网MAC，3个串行端口，一个可选CAN 2.0B控制器，1-Wire主机和64个I/O引脚。DS80C410具有64k字节内部SRAM，用于存储用户应用和网络堆栈。最高达75MHz的系统时钟频率使最短指令周

5、期仅有54ns。采用Dallas内嵌CAN控制器的高速网络微控制器DS80C410作为窗口机的微处理器，负责整个窗口机和键盘的监控。窗口机的通信任务是DS80C410内嵌的CAN控制器在CPU控制下完成的，CAN控制器通过CAN总线收发器PCA82C250接收总线上的数据，供CPU读取，也可以将CPU送来的数据发送到CAN总线上。窗口机硬件还包括一个44键盘（10个数字键、6个功能键）控制和选择、前后各10位数码显示（显示内容完全相同）所确定的数额。项目采用CAN总线控制，与传统的传输方式最大的区别在于：(1)多主方式工作，非破坏性的基于优先权的总线仲裁技术；(2)采用短帧结构，受干扰概率低，

6、每帧信息都有CRC校验及其它检错措施；(3)对严重错误具有自动关闭总线功能,使总线其它操作不受影响；(4)CAN总线最大传输速率可达1MB/s，最大传输距离为10km，传输介质可为双绞线。二、项目研究内容（目前研究的现状、方法、观点、难点、特点和提出的创新点等）目前现状总线控制系统由于其自身的优越条件在当今社会的各个领域的应用越来越广泛，而传统的RS-485总线传输方式多为一主多式的传输，而且对错误的处理能力较低，高峰期响应也较慢，会使得对用户的使用造成一定影响，在目前社会的快速发展中，其会越来越不适应需求。观点与特点在日常生活和生产制造中，很多地方都会需要总线控制，如总线智能控制、总线温度、

7、防火控制，尤其是汽车总线控制，所以了解和研究总线控制对以后的发展会有很大帮助。但无论如何，首先要考虑的还是一个产品的性价比，对基于CAN总线控制的刷卡系统，其相对具有以下优点：(1)多主工作方式：网络中的各节点都可根据总线访问优先权采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差。(2)检测和处理错误：CA

8、N总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。(3)开发难度适中：CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，这些是只仅仅有电气协议的RS-

9、485所无法比拟的。另外，与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。实验方法1. 基本原理系统框图如图所示 图1系统原理图该控制系统由复位电路，晶振电路，键盘控制电路，单片机控制CAN总线电路，LED显示电路，电源电路等组成。DS80C410通过光电耦合与CAN总线收发器（PCA82C250）连接控制总线进而控制窗口机，通过键盘设定窗口机，在LED上显示，经CAN总线与服务器进行传输与反馈。2系统结构实时通信的食堂售饭系统的通信特点非常适合于采用CAN总线。它的短帧结构非常适合系统对抗干扰能力和实时通信能力要求较高，单次通

10、信量很小的场合;灵活的组网特点完全可以解决大型食堂售饭系统中多个食堂和营业网点较分散的问题。基于CAN总线的食堂售饭系统网络结构如图2所示。采用总线型接法，主要包含三层：服务器、中继器和终端。其中服务器包括工作服务器和备用服务器，这两个服务器在营业时同时工作，互为备用，保证系统的稳定可靠。中继器可以延伸通信距离，增加终端数目，变换通信速率，并能起到滤波和隔离作用。终端主要是销售用的窗口机，还包括挂失机、解挂机、发卡/充值机等。 图2食堂售饭系统网络结构图3主要程序流程图 窗口机具有连网和脱网两种运行方式。窗口机的默认工作方式分为连网运行，只有在出现网络故障或其他原因无法连网运行时，才通过开关设

11、定为脱网运行。图3为窗口机运行的主程序流程图。窗口机初始化后，先进行键盘处理，LED显示处理，并判断是否回收消费记录。然后查询是否读到卡，读到卡后，调用相应连网或脱网子程序，进行营业操作。 图3 窗口机运行主程序流程图4工作流程 图4 工作流程5帧的发送和接收DS80C410中CAN模块提供了15个报文中心，作为发送或接收数据的存储器。帧的发送和接收通过这15个报文中心实现，也可以选择一个或若干个报文中心发送或接收帧。这15个报文中心发送或接收数据的优先级顺序是以报文中心的逆序排列的。报文中心1-14可设置为接收或发送数据，报文中心15只能接收数据。报文中心的控制寄存器（C0M1CC0M15C

12、）位于SFR中。每个报文中心有一个格式寄存器（C0MyF）、4个仲裁寄存器和8个字节（C0MyD0C0MyD7）的数据区域。仲裁寄存器的值可以在初始化中设置，也可以在发送程序中设置，而且它的值可随着数据的接收而自动更改。另外，报文中心15的C015M0C015M3寄存器，还可以执行附加的滤波。当窗口机处于接收状态时，CAN控制器将根据屏蔽寄存器和接收报文中心的仲裁寄存器的值对接收帧的ID标识符进行判断，确定报文中心是否接收，只有当接收帧的标识符与仲裁寄存器的值相等的时候，帧才被接收;另外，CAN模块还有媒体屏蔽寄存器和媒体仲裁寄存器，可对接收的数据帧的第0和1两个字节进行额外的校验。6.项目创

13、新点1.设计与以往采用不同的总线连接方式，具有硬件结构简单，稳定性好，处理错误能力强等特点。2.此设计采用的单片机集成度较高，能同时完成对窗口和键盘的操作，且时钟频率高，响应速度快。3.设计功能完备，使用方便，性价比高，可直接用于商业开发。三、 项目进度安排（查阅资料、选题、自主设计项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分析、研制开发、填写结题表、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等）研究计划及预期成果主要研究阶段（起止时间）阶段预期成果成果形式前期2011年7月15日至2011年9月 25日理论分析、资料查阅、项目总体规划项目计划书及电路设计图中期2011年9月26日

14、至2012年3月31日基本完成硬件电路这其中还包括春节假期硬件电路后期2012年4月1日至2012年9月10日软件编写以及最终硬件系统调试实物最终研究成果最终成果名称最终成果形式基于CAN总线食堂刷卡系统的改进设计实物模型及演示和项目论文四、拟利用资源（实验室、研究所、实验教学示范中心、创新实践基地、仪器设备、资料等）笃北518创新实验室理工楼创新实验室文典阁电子阅览室编程器计算机制板机焊接设备等等五、项目经费预算与用途（购置实验材料、试剂、药品、加工测试、资料、复印、调研、交通等经费开支）经费预算预算项目预算金额（元）备注分析测试费350前期一些小系统的测试等资料打印复印费70文献检索费30耗材费2000其他费用250合计2700