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基于智能传感器总线转换的研究与应用

作　者: 卢功平
导　师: 葛召炎
学　校: 湖南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 智能传感器 总线转换器 输入输出接口 上位机
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 31次
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内容摘要


在信息化的今天,智能传感器在众多领域里面都扮演着举足轻重的作用,人们通过智能传感器获取各种各样的信息。随着科学技术的日益更新,对智能传感器的各方面性能的要求也越来越高,尤其是在如何有效的与智能传感器通信,以获取准确有效的信息而且又能满足不同场合的要求。总线技术的发展也使智能传感器呈现出多种多样的接口,从而在进行系统设计时可以根据需求选择合适接口的智能传感器。然而由于智能传感器输出接口单一,智能传感器如果集成多个输出接口,那么就违背了体积小的设计原则。尽管各大厂家公司都为自己的行业领域设计了不同的接口转换器,用以解决上位机与智能传感器之间的通信问题,但是这些接口转换器大多也只能进行单一的转换,不能满足转换类型更多的场合。因此,针对这一疑难问题,本文设计了一个总线转换器,以解决智能传感器与上位机或者远程终端之间的通信问题。首先,本文对总线转换器的功能进行了较深入的研究。根据目前智能传感器输出接口方式的特点,对智能传感器的输出接口总线进行了详细的分析和比较,为总线转换器选择出了比较符合实际应用需求的输入输出方式。然后根据各总线的特点,详细介绍了总线转换器的硬件电路设计。主要包括控制器的选型,输入输出接口电路的设计等。软件实现主要设计了对总线转换器的工作模式、数据存储操作、软件执行流程,以及输入输出接口的通信程序设计为了验证总线转换器的功能,为总线转换器搭建了实验模型,以智能传感器MMA7455的I2C接口为例,进行了输入输出接口的转换实验,将I2C接口采集到的数据分别通过CAN接口、LIN接口和RS485接口转发出去,验证了总线转换器能进行正确有效的转换。并且通过实验测试,在输入输出接口工作于一定波特率的时候,基本不会出现数据丢失的现象,误码率较低,可靠性较高,基本达到了本课题研究工作的目的,为将来现场总线控制系统的数据采集和传输提供了一个可靠的解决方案。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 课题的研究背景  10-14
    1.1.1 智能传感器发展概况  10-12
    1.1.2 协议转换器发展概况  12-14
  1.2 课题研究目的和意义  14
  1.3 本文主要研究内容及论文结构安排  14-15
  1.4 本章小结  15-16
第2章 总线转换器的研究与设计  16-22
  2.1 总线转换器通信方式的设计  16-20
    2.1.1 智能传感器信号输出方式的比较  16-20
    2.1.2 总线转换器输入输出方式的设计  20
    2.1.3 总线转换器中的其他通信方式  20
  2.2 总线转换器总体框架设计  20-21
  2.3 本章小结  21-22
第3章 硬件电路的设计  22-40
  3.1 主控电路设计  22-27
    3.1.1 控制器的选型  22-23
    3.1.2 Atmega128单片机简介  23-24
    3.1.3 Atmega128电路设计  24-27
  3.2 电源电路设计  27-28
  3.3 输入接口电路设计  28-29
    3.3.1 模拟电压输入接口电路设计  28-29
    3.3.2 SPI和12C总线接口电路设计  29
  3.4 输出接口电路的设计  29-38
    3.4.1 CAN总线接口电路设计  29-33
    3.4.2 LIN总线接口电路设计  33-35
    3.4.3 RS485总线接口电路设计  35-37
    3.4.4 串口通信电路设计  37-38
  3.5 本章小结  38-40
第4章 软件设计  40-58
  4.1 总线转换器的软件实现  40-43
  4.2 输入接口程序设计  43-48
    4.2.1 I~2C接口程序设计  43-46
    4.2.2 SPI接口程序设计  46-48
    4.2.3 模拟电压接口程序设计  48
  4.3 输出接口转换程序设计  48-56
    4.3.1 CAN总线接口程序设计  49-52
    4.3.2 RS485总线程序设计  52-55
    4.3.3 LIN总线接口程序设计  55-56
    4.3.4 串行接口通信程序设计  56
  4.4 本章小结  56-58
第5章 系统性能测试和分析  58-66
  5.1 测试模型搭建  58-59
  5.2 系统测试和分析  59-65
  5.3 本章小结  65-66
总结与展望  66-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
附录A 攻读学位期间发表的学术论文  72-73
附录B 部分程序源代码  73-79
附录C 系统实物照片  79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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