基于CAN總線甲醛監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的研究.pdf

1、建筑裝修材料中所釋放的甲醛嚴(yán)重影響人類的健康，已引起世界各國的高度重視。就目前的情況看，建筑裝修材料中甲醛的檢測方法與手段已基本成形。而工作場合，家庭或含甲醛揮發(fā)物材料的生產(chǎn)企業(yè)中甲醛濃度的實時監(jiān)測方法與手段還沒有成形。目前我國對公共場所、家庭、辦公環(huán)境甲醛含量的檢測，采用抽檢的方式。這種方式不能對上述環(huán)境進(jìn)行連續(xù)、在線和實時監(jiān)測與控制，監(jiān)控環(huán)節(jié)明顯滯后。另外，上述場合在我國以億為單位計算，需要龐大的抽查隊伍，是一種巨大的資源浪費。我國

2、人造板甲醛釋放限量已經(jīng)寫入國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，如果甲醛釋放量超標(biāo)，便不能進(jìn)入我國市場。因此，生產(chǎn)企業(yè)急需解決生產(chǎn)過程中甲醛釋放量超標(biāo)問題。 面對我國人造板行業(yè)的實際狀況，構(gòu)建甲醛監(jiān)測網(wǎng)已成為迫切需求。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和通訊技術(shù)的高速發(fā)展及甲醛氣體傳感器的研制成功，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的信息技術(shù)迅速滲入，為分布式甲醛自動報警監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立拓展了發(fā)展空間。甲醛監(jiān)測網(wǎng)研制成功后，可應(yīng)用于人造板生產(chǎn)過程中的環(huán)境監(jiān)測，同時促進(jìn)關(guān)于人造板

3、廠各個生產(chǎn)工段車間內(nèi)空氣中甲醛含量國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施。另外可實現(xiàn)兩個伺后控制，提高配膠工段的工作效率，節(jié)省資源，最大限度地減少人造板內(nèi)甲醛含量，從源頭控制甲醛釋放量，提高人造板的商業(yè)價值。這項研究工作可為我國人民享受清潔健康的居住和工作環(huán)境提供技術(shù)支撐，對于增強(qiáng)我國人造板產(chǎn)品在國際市場上的競爭力，使我國成為名副其實的人造板生產(chǎn)大國和強(qiáng)國有著十分重要的現(xiàn)實意義。 本論文設(shè)計開發(fā)了基于CAN總線的分布式甲醛監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可對

4、上述場合進(jìn)行在線監(jiān)測。 甲醛監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由中心監(jiān)控主機(jī)、CAN總線網(wǎng)絡(luò)和智能節(jié)點構(gòu)成。中心監(jiān)控主機(jī)采用裝有PC-CAN適配卡的計算機(jī)，實現(xiàn)了計算機(jī)實時監(jiān)測與控制。 CAN總線網(wǎng)絡(luò)采用串行總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用多主發(fā)送的通信方式。CAN的基本協(xié)議只有物理層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，需要針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域制定了不同的上層協(xié)議。本設(shè)計在前人對CAN實時性和確定性進(jìn)行研究成果的基礎(chǔ)上，基于理論和實際問題提出了一種新的通訊協(xié)議。本設(shè)計使

5、用CAN協(xié)議中的擴(kuò)展幀，其中ID號、數(shù)據(jù)長度和命令字在仲裁場標(biāo)識符中定義；29位的標(biāo)識符中的8位(1個字節(jié))挪用做通信時用的命令字；另外8位(1個字節(jié))作為ID號；另外8位(1個字節(jié))作為數(shù)據(jù)長度；數(shù)據(jù)域和校驗和在數(shù)據(jù)場中定義；數(shù)據(jù)場的長度在CAN協(xié)議中的控制場中定義，最多8個字節(jié)，長度等于數(shù)據(jù)長度+2；其具體格式為“ID號+數(shù)據(jù)長度+命令字+數(shù)據(jù)域+校驗和"的形式，其中ID號：1字節(jié)，可連接節(jié)點為256個；數(shù)據(jù)長度：1字節(jié)，傳輸數(shù)據(jù)的

6、長度；命令字：1字節(jié)，通訊命令特征；數(shù)據(jù)域：其數(shù)據(jù)長度根據(jù)實際可以沒有，最多為6個字節(jié)；校驗和：2字節(jié)，包括“命令”和“數(shù)據(jù)域”的所有字節(jié)數(shù)的ASCⅡ碼之和；所有數(shù)據(jù)都以十六進(jìn)制表示；所有日期、時間數(shù)據(jù)都以BCD碼表示；智能節(jié)點平時按照設(shè)定采樣頻率(6分鐘采集一次)采集現(xiàn)場空氣中的甲醛含量，并監(jiān)聽CAN總線上的命令，經(jīng)判斷后，根據(jù)命令做出相應(yīng)動作。從現(xiàn)場甲醛傳感器傳送來的信息是模擬量(40-200mV)，模擬量通過信號調(diào)理，10位A/D

7、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，經(jīng)微控制器處理后，顯示在智能節(jié)點的LCD液晶顯示屏上，同時存儲在相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)內(nèi)，并判斷采集值是否超出設(shè)定上限值，若超出則通過CAN總線向中心監(jiān)控主機(jī)發(fā)送報警信息。從中心監(jiān)控主機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)中包含智能節(jié)點ID和具體命令，并且對數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)行了二次校驗。智能節(jié)點的CAN收發(fā)控制器首先進(jìn)行第一級數(shù)據(jù)校驗(CRC16)和智能節(jié)點ID判斷。若接收到的智能節(jié)點ID和本地地址一致，則將有效數(shù)據(jù)傳送給微控制器。微控制器首先進(jìn)行第二級數(shù)

8、據(jù)校驗(校驗和)，若通過校驗則根據(jù)具體命令完成相應(yīng)的動作。智能節(jié)點由CPU主控模塊、CAN通信模塊、LCD顯示模塊、實時時鐘模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、初始設(shè)置模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、報警處理模塊、看門狗模塊和復(fù)位模塊組成，采用適合工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的微控制器芯片ATmega128作為主控芯片。本設(shè)計采用符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語言，LmageCraft的 ICCAVR作為開發(fā)微控制器程序的工具。軟件設(shè)計同硬件的設(shè)計一樣，也是分模塊進(jìn)行的，即一種特

9、定硬件對應(yīng)一個模塊。主要包括：CAN總線通信子模塊、LCD顯示子模塊、地址ID波特率子模塊、系統(tǒng)時鐘子模塊。 基于CAN總線的甲醛監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)是利用現(xiàn)場總線集散控制系統(tǒng)的特點，將信息處理降低到現(xiàn)場進(jìn)行，通過中心監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行集中管理。運用CAN總線技術(shù)，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性、實時性，系統(tǒng)開發(fā)較價廉，性能價格比高，安裝維護(hù)簡捷方便，是通信網(wǎng)絡(luò)自動化領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。 在本次設(shè)計中，硬件和軟件都采

10、用了模塊化結(jié)構(gòu)，其中基于硬件的軟件模塊使軟件的調(diào)試變得相對簡單，從而達(dá)到了易于維修、易于系統(tǒng)的功能轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)升級換代的目的。 實驗結(jié)果證明，基于CAN總線甲醛監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方案是成功的。該網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)采集通信控制器能高速、有效的采集和處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并能進(jìn)行現(xiàn)場實時監(jiān)測和顯示，實現(xiàn)了信息的本地處理，且通信速率高，出錯率低，運行效果好，充分體現(xiàn)了CAN總線高性能、高可靠性的優(yōu)點。CAN通信速率達(dá)到了設(shè)計所要求的最高通信速率1Mbps