基于CAN總線的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

題目：基于CAN總線的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)： 工業(yè)自動(dòng)化 班 級(jí)： B自動(dòng)化082 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 完成日期： 2012年1月10日 鹽城工學(xué)院電氣學(xué)院內(nèi)容提要隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，各種功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定可靠的新型多功能器件和一些先進(jìn)的控制理論不斷出現(xiàn)，使得控制領(lǐng)域發(fā)生了很大的變化。iCAN 教學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)涉及：CAN-bus 網(wǎng)絡(luò)通信、iCAN 協(xié)議、基本的輸入、輸出功能控制、PC 軟件編程等技術(shù)內(nèi)容；該實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)涉及的范圍廣泛，融合不同技術(shù)，體現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)越性。本實(shí)驗(yàn)利用iCAN模塊檢測(cè)光電開關(guān)的信號(hào)及步進(jìn)電機(jī)的起、停和方向控制，通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的步進(jìn)電機(jī)模擬電動(dòng)門，光電開關(guān)信號(hào)來模擬實(shí)現(xiàn)人的進(jìn)出。利用組態(tài)軟件編寫一上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)光電開關(guān)的檢測(cè)及電機(jī)的控制。 目錄1 概述41.1 課題意義41.2 課題方向42系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)52.1 iCAN介紹52.2 硬件組成結(jié)構(gòu)53 模塊上線74 設(shè)置ZOPC服務(wù)器85 系統(tǒng)原理圖106 組態(tài)界面 127 循環(huán)策略128 實(shí)訓(xùn)體會(huì)149 參考文獻(xiàn)161概述11課題意義經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市，自動(dòng)門已經(jīng)是隨處可見，在各大廈、賓館、酒店、銀行、商場(chǎng)、醫(yī)院、寫字樓等場(chǎng)所，自動(dòng)門更是得到大范圍的普及使用。自動(dòng)門不但能給我們帶來人員進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的建筑增添了不少高貴典雅的氣息。自動(dòng)門根據(jù)使用的場(chǎng)合及功能的不同可分為自動(dòng)平移門、自動(dòng)平開門、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門、自動(dòng)圓弧門、自動(dòng)折疊門等，其中自動(dòng)平移門使用得最廣泛，我們通常所說的自動(dòng)門、感應(yīng)門就是指自動(dòng)平移門。自動(dòng)平移門最常見的結(jié)構(gòu)形式是自動(dòng)門機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置和門內(nèi)外兩側(cè)紅外線，當(dāng)人走近自動(dòng)門時(shí)，紅外線感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)信號(hào)，控制器通過驅(qū)動(dòng)裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動(dòng)門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無人看管，同時(shí)又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，提高了建筑的檔次。1.2課題方向本課題主要利用紅外線檢測(cè)和AT89C51的單片機(jī)控制系統(tǒng)。本文是關(guān)于自動(dòng)門控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，使用紅外線傳感器作為感應(yīng)器，檢測(cè)到人體輻射的紅外線能量變化，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳給單片機(jī)。交流電機(jī)作為門驅(qū)動(dòng)裝置，通過iCAN模塊控制電機(jī)，使門自動(dòng)打開，當(dāng)人進(jìn)門后又可以使門自動(dòng)關(guān)閉。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 iCAN介紹iCAN系統(tǒng):基于iCAN協(xié)議的CAN總線分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò),主要用于實(shí)現(xiàn)CAN總線應(yīng)用中的通信控制和數(shù)據(jù)采集方案.iCAN協(xié)議是一種基于連接的CAN應(yīng)用層協(xié)議，是整個(gè)iCAN系統(tǒng)的基礎(chǔ)與核心。制定iCAN協(xié)議的思路源于為中國中小型CAN應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)提供一種簡(jiǎn)單、可靠、穩(wěn)定的應(yīng)用層協(xié)議。在充分汲取了DeviceNet協(xié)議和CANopen協(xié)議之精萃的基礎(chǔ)上，優(yōu)先保障通信數(shù)據(jù)的可靠性與實(shí)時(shí)性，以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而有效降低了硬件實(shí)現(xiàn)成本，這就是iCAN協(xié)議的巨大優(yōu)勢(shì)。2.2 硬件組成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成如圖1 所示，系統(tǒng)的控制臺(tái)由PC機(jī)和CAN總線適配卡等組成；CAN節(jié)點(diǎn)主要由單片機(jī)、CAN控制器和CAN收發(fā)器組成。該實(shí)驗(yàn)主要利用iCAN4050 模塊控制傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方向及起、?？刂?。iCAN4050 模塊功能：iCAN-4050 DI/DO功能模塊用于采集開關(guān)量輸入信號(hào)，并提供開關(guān)量輸出信號(hào)。iCAN-4050 DI/DO功能模塊具有8路開關(guān)量輸入通道和8路開關(guān)量輸出通道。iCAN-4050 DI/DO功能采用CAN總線通訊接口，符合CAN2.0B協(xié)議規(guī)范。模塊在工作時(shí)，將輸入的電壓型開關(guān)量信號(hào)或者無源觸點(diǎn)信號(hào)經(jīng)過調(diào)理以后，送入單片機(jī)進(jìn)行處理，通過CAN總線通訊將輸入的開關(guān)量信號(hào)狀態(tài)傳送到網(wǎng)絡(luò)中的主控設(shè)備，并且主控設(shè)備通過CAN總線將輸出的開關(guān)量狀態(tài)傳送到模塊。iCAN-4050 DI/DO功能模塊采用表面安裝工藝，大大提高了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性。iCAN-4050 DI/DO功能模塊的底座上配有導(dǎo)軌架，可以直接安裝在標(biāo)準(zhǔn)的DIN導(dǎo)軌上，用戶也可以采用其它的簡(jiǎn)便的安裝方式。參數(shù)：電源具有極性反接保護(hù)功能模塊電源：?jiǎn)坞娫垂╇?，供電電壓?10V+30V DCCAN控制器：PHILIPS SJA1000CAN收發(fā)器：PHILIPS PCA82C251通訊協(xié)議：符合CAN協(xié)議規(guī)范V2.0B版工作環(huán)境溫度：-20+85物理尺寸：120mm*80mm*30mm(不計(jì)算導(dǎo)軌安裝架高度)安裝方式：可選標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌安裝或簡(jiǎn)單固定方式3模塊上線在此實(shí)驗(yàn)中僅以iCANTest 測(cè)試軟件演示上線狀態(tài)圖，如圖所示。其中按紐6 控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方向，按紐7 控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的起、停。當(dāng)按紐7 為綠色時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行，反之傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)按紐6 為紅色時(shí)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)向右運(yùn)行，反之向左運(yùn)行?？刂苽鲃?dòng)系統(tǒng)啟停、方向控制如表可以控制iCAN4050 模塊輸出信號(hào)即可控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的起、停及方向的改變。4設(shè)置 ZOPC 服務(wù)器安裝并運(yùn)行ZOPC_Server 2.50 軟件。單擊菜單“設(shè)備操作iCAN添加新設(shè)備USBCAN2”，彈出“屬性-USBCAN2”對(duì)話框如下圖所示。單擊“添加設(shè)備”按鈕，這時(shí)在“iCAN”面板上將會(huì)顯示主站設(shè)備。在“iCAN”面板上單擊選中“iCAN0”節(jié)點(diǎn)，然后單擊菜單“設(shè)備操作iCAN添加新從站”，在彈出的“Slave 屬性”對(duì)話框中，添加iCAN2404 模塊，地址為0x05，定時(shí)循環(huán)數(shù)為100ms，如下圖：點(diǎn)擊“關(guān)閉”按鈕，在ZOPC_Server 的iCAN 面板上將會(huì)出現(xiàn)如下圖所示的從設(shè)備及其輸入輸出數(shù)據(jù)項(xiàng)。點(diǎn)擊“服務(wù)器操作啟動(dòng)服務(wù)器”，然后在iCAN 面板上點(diǎn)選USBCAN2_0 節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)iCAN0，單擊右鍵，在彈出菜單選擇“上線”。如果設(shè)備連接無誤，“iCAN0”節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，即該網(wǎng)絡(luò)中的從站設(shè)備的圖標(biāo)會(huì)由變?yōu)?。此時(shí)OPC 服務(wù)器的設(shè)置已經(jīng)完成，OPC 的客戶端可以從服務(wù)器中讀寫數(shù)據(jù)。5 系統(tǒng)原理圖本系統(tǒng)的上位機(jī)采用一臺(tái)PC機(jī)，給機(jī)內(nèi)插上CAN總線適配卡，配以相應(yīng)軟件作為系統(tǒng)的控制臺(tái)。控制臺(tái)以CAN通信協(xié)議向各個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制數(shù)據(jù)，并接收各個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)回的檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)控。圖中主要利用iCAN4050 模塊控制電機(jī)起、停。 (原理圖)所用器件：AT89C51，熱釋電紅外傳感器，BISS0001芯片，步進(jìn)電機(jī), iCAN4050 模塊。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動(dòng)快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。它不僅能和熱釋電紅外傳感器的輸出良好地匹配，而且也能和其他多種傳感器進(jìn)行匹配。它的內(nèi)部是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、與門電路、狀態(tài)控制器、定時(shí)控制器、鎖定時(shí)間控制器和禁止電路等組成。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)：它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移即結(jié)一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度因此作常適合于單片機(jī)控制。近30年來數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和水磁材料的迅速發(fā)展推動(dòng)廠步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開辟了廣鬧的前景。6 組態(tài)界面利用MCGS組態(tài)軟件，采用模塊的形式，制作出自動(dòng)門的監(jiān)控畫面7 循環(huán)策略IF (光電開關(guān)0 = 0) AND (步進(jìn)電機(jī)起?？刂?= 0) THEN 步進(jìn)電機(jī)方向控制 = 0 進(jìn)門人數(shù) = 進(jìn)門人數(shù) + 1 ENDIFIF (光電開關(guān)0 = 1) AND (步進(jìn)電機(jī)起?？刂?= 0) THEN 步進(jìn)電機(jī)方向控制 = 1ENDIFIF (光電開關(guān)1 = 0) AND (步進(jìn)電機(jī)起停控制 = 0) THEN 步進(jìn)電機(jī)方向控制 = 0 出門人數(shù) = 出門人數(shù) + 1ENDIFIF (光電開關(guān)1 = 1) AND (步進(jìn)電機(jī)起?？刂?= 0) THEN 步進(jìn)電機(jī)方向控制 = 1ENDIF實(shí)訓(xùn)體會(huì)整個(gè)課程設(shè)計(jì)持續(xù)了二周時(shí)間，經(jīng)過這么長時(shí)間的努力我想這對(duì)于自己以后的學(xué)習(xí)和工作都會(huì)有很大的幫助。在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多實(shí)際性的問題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯(cuò)誤思維。一切問題必須要靠自己一點(diǎn)一滴的解決，而在解決的過程當(dāng)中你會(huì)發(fā)現(xiàn)自己在飛速的提升。對(duì)于教材管理系統(tǒng)，其程序是比較簡(jiǎn)單的，主要是解決程序設(shè)計(jì)中的問題，而程序設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中大部分時(shí)間是用在程序上面的。很多子程序是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個(gè)子程序才是關(guān)鍵的問題所在，這需要對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是軟件和硬件的結(jié)合，二者是密不可分的。通過這次課程設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣，我想這將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響。其次，這次課程設(shè)計(jì)讓我充分認(rèn)識(shí)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性，只有分工協(xié)作才能保證整個(gè)項(xiàng)目的有條不絮。另外在課程設(shè)計(jì)的過程中，當(dāng)我們碰到不明白的問題時(shí)，指導(dǎo)老師總是耐心的講解，給我們的設(shè)計(jì)以極大的幫助，使我們獲益匪淺。因此非常感謝老師的教導(dǎo)。通過這次設(shè)計(jì)，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。我覺得作為一名自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，這次課程設(shè)計(jì)是很有意義的。更重要的是如何把自己平時(shí)所學(xué)的東西應(yīng)用到實(shí)際中。雖然自己對(duì)于這門課懂的并不多，很多基礎(chǔ)的