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一种在线实时水质自动监测系统的通信控制研究及实现

作　者: 赵英武
导　师: 耿恒山
学　校: 河北工业大学
专　业: 计算机应用
关键词: ARM9 CAN总线 现场总线 Windows CE 水质监测 主控节点 单元节点 PIC18F458
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着工业化水平不断提高,工业废水、生活污水对水环境的污染愈来愈严重,甚至已经蔓延到地下水源。污染源越来越呈现多样化,加强对水环境多方位的监测显得愈来愈重要。但是现有水质监测系统监测指标单一,稳定性差,数据精度低,不具备远程监控,不能连续的精确的对水源进行监测,无法满足水环境监测愈来愈高的监测要求。针对现有监测系统,我们进行了大量的研究改进工作。我们采用CAN现场总线构建多指标水质监测网络,使水质监测系统具有良好的扩展性。论文研究了CAN总线的物理特性,我们在深入研究化学处理流程以及化学实验的基础上,制定了符合水质监测中化学处理算法特性的应用层协议。应用层协议是水质监测系统稳定运行的基础,是影响系统可扩展性的关键因素。论文对CAN报文处理算法进行了详细研究设计,确定了以化学处理流程中每步的动作为系统指令分类的依据。报文的参数ID(ParaID)对指令进行了优先级分类,ParaID占用CAN总线29位标识符的高8位,CAN控制器过滤报文时首先监测ParaID,这样做既可以增强系统实时性也提高了系统的结构性。事实上,CAN控制器过滤报文时将检测29位标识符的每一位。我们以ARM9为硬件平台,用Windows CE构建主控系统。论文深入研究分析了Windows CE系统结构,对其内存管理、进程/线程的管理作了详尽的探讨,在此基础上,设计开发了主控系统。我们采用PIC18F485作为单元节点的处理器,构建单元节点控制系统。我们采用组态化的软件设计方法,设计开发了主控软件系统,单元节点软件系统。论文对软件系统的报文处理算法、多指标监测控制流程进行了详细的分析研究。整个监测系统的可扩展性也是论文研究的重点。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 引言  10-12
  §1-1 课题的背景及意义  10
  §1-2 基本概念和术语定义说明  10
  §1-3 多指标水质量监测系统简述及主要研究任务  10-12
第二章 系统总体设计  12-15
  §2-1 主要组成模块  12-13
    2-1-1 上位机子系统  12
    2-1-2 下位机子系统  12-13
    2-1-3 现场总线  13
  §2-2 工作模式定义  13-14
  §2-3 设计开发工具  14-15
    2-3-1 软件开发工具  14
    2-3-2 硬件开发工具  14-15
第三章 现场总线及应用层协议  15-25
  §3-1 控制局域网（CAN）现场总线规范  15-17
    3-1-1 CAN 总线分层结构  15-16
    3-1-2 CAN 总线信号位电平  16
    3-1-3 网络拓扑结构  16
    3-1-4 仲裁  16-17
    3-1-5 传输介质  17
  §3-2 CAN 总线报文  17-19
    3-2-1 帧类型  17
    3-2-2 数据帧  17-18
    3-2-3 远程帧  18-19
  §3-3 现场机系统报文帧格式  19-22
    3-3-1 标识符的分配  19-22
    3-3-2 数据场的定义  22
  §3-4 现场机系统报文传输协议  22-25
    3-4-1 现场机系统通信模式  22-23
    3-4-2 报文处理流程  23-25
第四章 上位机子系统设计  25-40
  §4-1 硬件平台设计  25-27
    4-1-1 ARM9 处理器  25-26
    4-1-2 CSM100 CAN 控制器  26-27
  §4-2 操作系统  27-32
    4-2-1 系统体系结构  27-29
    4-2-2 WinCE 系统内存管理  29-31
    4-2-3 进程和线程  31-32
  §4-3 主控软件设计及开发  32-40
    4-3-1 交互服务模块  32-35
    4-3-2 监测执行控制模块  35-37
    4-3-3 化学流程算法的加载  37-38
    4-3-4 CAN 总线协议服务模块  38
    4-3-5 通信模块  38-40
第五章 下位机子系统设计  40-54
  §5-1 MCU 芯片介绍  40-42
  §5-2 CAN 模块  42-46
    5-2-1 控制寄存器  42-44
    5-2-2 发送控制寄存器  44
    5-2-3 接收控制寄存器  44-46
    5-2-4 外围中断标志寄存器  46
  §5-3 单元节点控制模块的软件设计开发  46-54
    5-3-1 CAN 总线驱动子程序  47-51
    5-3-2 通信子程序  51
    5-3-3 数据处理子程序  51-52
    5-3-4 主控子程序  52-54
第六章 结论与展望  54-56
  §6-1 结论  54-55
  §6-2 展望  55-56
参考文献  56-58
致谢  58

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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 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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