基于CAN總線的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

題目：基于CAN總線的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè)： 工業(yè)自動化 班 級： B自動化082 學 號： 姓 名： 完成日期： 2012年1月10日 鹽城工學院電氣學院內(nèi)容提要隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，各種功能強大、性能穩(wěn)定可靠的新型多功能器件和一些先進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 教學實驗開發(fā)平臺涉及：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；該實驗開發(fā)平臺涉及的范圍廣泛，融合不同技術(shù)，體現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)越性。本實驗利用iCAN模塊檢測光電開關(guān)的信號及步進電機的起、停和方向控制，通過實驗平臺上的步進電機模擬電動門，光電開關(guān)信號來模擬實現(xiàn)人的進出。利用組態(tài)軟件編寫一上位機軟件，實現(xiàn)對光電開關(guān)的檢測及電機的控制。 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 實訓體會149 參考文獻161概述11課題意義經(jīng)濟飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市，自動門已經(jīng)是隨處可見，在各大廈、賓館、酒店、銀行、商場、醫(yī)院、寫字樓等場所，自動門更是得到大范圍的普及使用。自動門不但能給我們帶來人員進出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風、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。自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉(zhuǎn)門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中自動平移門使用得最廣泛，我們通常所說的自動門、感應(yīng)門就是指自動平移門。自動平移門最常見的結(jié)構(gòu)形式是自動門機械驅(qū)動裝置和門內(nèi)外兩側(cè)紅外線，當人走近自動門時，紅外線感應(yīng)到人的存在，給控制器一個信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(jié)約空調(diào)能源、防風、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和AT89C51的單片機控制系統(tǒng)。本文是關(guān)于自動門控制系統(tǒng)電路設(shè)計，使用紅外線傳感器作為感應(yīng)器，檢測到人體輻射的紅外線能量變化，將其轉(zhuǎn)化為電信號，傳給單片機。交流電機作為門驅(qū)動裝置，通過iCAN模塊控制電機，使門自動打開，當人進門后又可以使門自動關(guān)閉。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計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)的可靠性與實時性，以相對簡單的方式進行數(shù)據(jù)通信，從而有效降低了硬件實現(xiàn)成本，這就是iCAN協(xié)議的巨大優(yōu)勢。2.2 硬件組成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成如圖1 所示，系統(tǒng)的控制臺由PC機和CAN總線適配卡等組成；CAN節(jié)點主要由單片機、CAN控制器和CAN收發(fā)器組成。該實驗主要利用iCAN4050 模塊控制傳動系統(tǒng)的運動方向及起、?？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，并提供開關(guān)量輸出信號。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，將輸入的電壓型開關(guān)量信號或者無源觸點信號經(jīng)過調(diào)理以后，送入單片機進行處理，通過CAN總線通訊將輸入的開關(guān)量信號狀態(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軌架，可以直接安裝在標準的DIN導軌上，用戶也可以采用其它的簡便的安裝方式。參數(shù)：電源具有極性反接保護功能模塊電源：單電源供電，供電電壓為+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(不計算導軌安裝架高度)安裝方式：可選標準DIN導軌安裝或簡單固定方式3模塊上線在此實驗中僅以iCANTest 測試軟件演示上線狀態(tài)圖，如圖所示。其中按紐6 控制運動機構(gòu)的方向，按紐7 控制運動機構(gòu)的起、停。當按紐7 為綠色時，傳動機構(gòu)停止運行，反之傳動機構(gòu)運動；當按紐6 為紅色時，運動機構(gòu)向右運行，反之向左運行?？刂苽鲃酉到y(tǒng)啟停、方向控制如表可以控制iCAN4050 模塊輸出信號即可控制運動機構(gòu)的起、停及方向的改變。4設(shè)置 ZOPC 服務(wù)器安裝并運行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”對話框如下圖所示。單擊“添加設(shè)備”按鈕，這時在“iCAN”面板上將會顯示主站設(shè)備。在“iCAN”面板上單擊選中“iCAN0”節(jié)點，然后單擊菜單“設(shè)備操作iCAN添加新從站”，在彈出的“Slave 屬性”對話框中，添加iCAN2404 模塊，地址為0x05，定時循環(huán)數(shù)為100ms，如下圖：點擊“關(guān)閉”按鈕，在ZOPC_Server 的iCAN 面板上將會出現(xiàn)如下圖所示的從設(shè)備及其輸入輸出數(shù)據(jù)項。點擊“服務(wù)器操作啟動服務(wù)器”，然后在iCAN 面板上點選USBCAN2_0 節(jié)點的子節(jié)點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)點的子節(jié)點，即該網(wǎng)絡(luò)中的從站設(shè)備的圖標會由變?yōu)?。此時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)的上位機采用一臺PC機，給機內(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?？刂婆_以CAN通信協(xié)議向各個CAN節(jié)點發(fā)送控制數(shù)據(jù)，并接收各個CAN節(jié)點發(fā)回的檢測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)控。圖中主要利用iCAN4050 模塊控制電機起、停。 (原理圖)所用器件：AT89C51，熱釋電紅外傳感器，BISS0001芯片，步進電機, iCAN4050 模塊。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（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。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(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行匹配。它的內(nèi)部是由運算放大器、電壓比較器、與門電路、狀態(tài)控制器、定時控制器、鎖定時間控制器和禁止電路等組成。步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機：它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移即結(jié)一個脈沖信號，步進電動機就轉(zhuǎn)動一個角度因此作常適合于單片機控制。近30年來數(shù)字技術(shù)、計算機技術(shù)和水磁材料的迅速發(fā)展推動廠步進電動機的發(fā)展，為步進電動機的應(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，制作出自動門的監(jiān)控畫面7 循環(huán)策略IF (光電開關(guān)0 = 0) AND (步進電機起?？刂?= 0) THEN 步進電機方向控制 = 0 進門人數(shù) = 進門人數(shù) + 1 ENDIFIF (光電開關(guān)0 = 1) AND (步進電機起?？刂?= 0) THEN 步進電機方向控制 = 1ENDIFIF (光電開關(guān)1 = 0) AND (步進電機起?？刂?= 0) THEN 步進電機方向控制 = 0 出門人數(shù) = 出門人數(shù) + 1ENDIFIF (光電開關(guān)1 = 1) AND (步進電機起?？刂?= 0) THEN 步進電機方向控制 = 1ENDIF實訓體會整個課程設(shè)計持續(xù)了二周時間，經(jīng)過這么長時間的努力我想這對于自己以后的學習和工作都會有很大的幫助。在這次設(shè)計中遇到了很多實際性的問題，在實際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實際運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誤思維。一切問題必須要靠自己一點一滴的解決，而在解決的過程當中你會發(fā)現(xiàn)自己在飛速的提升。對于教材管理系統(tǒng)，其程序是比較簡單的，主要是解決程序設(shè)計中的問題，而程序設(shè)計是一個很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，它才是一個設(shè)計的靈魂所在。因此在整個設(shè)計過程中大部分時間是用在程序上面的。很多子程序是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個子程序才是關(guān)鍵的問題所在，這需要對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說系統(tǒng)的設(shè)計是軟件和硬件的結(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，但在運用到實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)了我今后努力學習的興趣，我想這將對我以后的學習產(chǎn)生積極的影響。其次，這次課程設(shè)計讓我充分認識到團隊合作的重要性，只有分工協(xié)作才能保證整個項目的有條不絮。另外在課程設(shè)計的過程中，當我們碰到不明白的問題時，指導老師總是耐心的講解，給我們的設(shè)計以極大的幫助，使我們獲益匪淺。因此非常感謝老師的教導。通過這次設(shè)計，我懂得了學習的重要性，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學習和工作做出了最好的榜樣。我覺得作為一名自動化專業(yè)的學生，這次課程設(shè)計是很有意義的。更重要的是如何把自己平時所學的東西應(yīng)用到實際中。雖然自己對于這門課懂的并不多，很多基礎(chǔ)的