基于组态的CAN总线温度控制系统设计 2.doc

基于组态的CAN总线温度控制系统设计 院系：电气信息工程学院 专业：自动化11-01 姓名：黄俊龙 学号：541101010115 目录1 概述 11.1 温度控制的发展状况 11.2 温度控制完成的功能 22 方案设计 32.1 iCAN-6202模块简介 32.2 热电偶 52.3 iCAN-2404模块 82.4 CAN接口卡 113 CAN总线技术基础与温度控制系统的基本原理 134 基于MCGS的HMI设计 174.1 人机界面 174.2 人机界面产品的组成及工作原理 174.3 人机界面产品的特点 185 人机界面设计 196 心得体会 217 参考文献 22基于组态的CAN总线温度控制系统设计1 概述 温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于加热的电烤箱，用于融化金属的坩埚电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制步进具有控制方便、简单、灵活性大的特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。

因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用 本温度设计以CAN总线为基础，采用iCAN模块采集和控制信号iCAN模块集成了转换电路、单片机、CAN控制器、CAN接发器等，其中转换电路包括I/V(V/I)电路，ADC(DAC)CAN模块的采用，大大地使接线简单化1.1 温度控制的发展状况随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。

因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高可见，温度的测量和控制是非常重要的CAN总线在工业生产中的应用已经越来越广泛，在很多的工业生产过程控制中也用到了温度检测和温度控制随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生1.2 温度控制完成的功能本设计是针对温度进行实时检测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于给定值时，系统自动启动加热继电器加温；当温度高于给定值时，系统自动关闭继电器加温2 方案设计 本设计采用一只iCAN-2404继电器功能模块，一只iCAN接口卡和一只iCAN-6202热电偶模块其系统框图如图1所示PC机iCAN接口卡iCAN-6202iCAN-2404卡热电偶继电器CAN总线图1 温度控制框图2.1 iCAN-6202模块简介iCAN-6202热电偶模块用于温度采集iCAN-6202模块具有2路热电偶输入通道， iCAN-6202模块还提供2路数字量输出，这2路数字量输出既可用于指示模块工作状态也可由用户自行控制a) iCAN-6202模块基本参数l 单电源供电，供电电压：＋10V~＋30V DC；l 热电偶输入通道数： 2路；l 数字量输出通道数： 2路，可独立配置为输入通道状态指示模式或用户控制模式；l 输出通道类型：集电极开漏输出，最大负载电压＋30V，最大负载电流30mA；l 支持的热电偶类型及测温范围：J型 -210℃~1200℃、K型 -200℃~1370℃、E型 -100℃~1000℃、T型 -200℃~400℃、N型 -200℃~1300℃、B型 650℃~1800℃、R型 0℃~1750℃、S型 0℃~1760℃；l 温度值分辨率：0.1℃；l 热电偶冷端补偿精度：±1℃；l 转换速率：4次/秒（2通道/次）；l 定时循环传送时间间隔：最小值 10毫秒、最大值 2.55秒；l 温度超限报警。

b) iCAN-6202模块接口说明(图2)图2 iCAN-6202模块接口示意图c) iCAN-6202原理框图（图3）图3 iCAN-6202模块原理框图2.2 热电偶a) 热电偶输入原理热电偶由两个焊接在一起的异金属导线（以形成两个节点）所组成，结点之间的温差会在两根导线之间产生热电势（即电压），电压大小取决于组成热电偶的两种金属材料国际电工委员会（IEC）推荐了八种类型的热电偶作为标准化热电偶，它们分别为J、K、T、E、N、B、R、S热电偶结构图如图4所示 在使用热电偶测量温度时，还要求采用冷端补偿技术因为热电偶的输出电压以0℃时的参考结点的温度来定义图4 热电偶结构图根据测量温度范围不同，热电偶分为7种规格：一用于高温测量的K型，N型是可用于替换K型的新型号热电偶；二是用于中温测量的E型（-200~＋800 ℃）和J型（-200~＋750 ℃）；三是用于低温测量的T型（-200~＋350 ℃）；四是用于超高温测量的B型（＋500~＋1700 ℃），R型（0~＋1600 ℃），S型（0~＋1600 ℃） b) 热电偶输入控制原理热电偶测量模块测量的数据为热电偶的电压值，通过将测得的电压换算为相对应的温度，从而获得所要测量的温度值在iCAN-6202温度测量模块中，通过高分辨率的ADC直接将热电偶的输出数字化，通过软件实现线性化和校准。

热电偶测量原理如图5所示图5 热电偶测量原理框图c) 热电偶测量冷端补偿热电偶的输出电压以0℃时的参考结点的温度来定义，所以在使用热电偶测量温度时，还要求采用冷端补偿技术在iCAN-6202模块模块中，采用热敏电阻测量冷端温度d) 热电偶输入的接线热电偶的接线方法很简单，直接将热电偶输入信号正端连接到模块的SEN＋端，输入信号负端连接到模块SEN－端即可 热电偶接线图如图6示图6 热电偶接线图e) 数字量输出原理晶体管输出等效电路（图7）图7晶体管输出等效电路f) 输出信号输出信号内部等效电路(图8)图8输出信号内部等效电路g) 数字量输出信号的接线数字量输出信号接线（图9）图9 数字量输出信号接线输出信号驱动继电器（图10）图10 输出信号驱动继电器接线图2.3 iCAN-2404模块iCAN-2404功能模块提供继电器输出通道，模块具有4路具有自保持功能的继电器输出通道为防止继电器切换引起的干扰，iCAN-2404模块的继电器输出通道与控制部分采用了光电隔离措施 a) iCAN-2404模块基本参数l 单电源供电，供电电压：＋10V~+30V DC；l 输出通道数： 4路；l 触点形式：2a 或2b（触点输出状态自保持）；l 触点控制：“1”吸合，“0”断开；l 导通时间：6ms；l 断开时间：4ms；l 触点容量：DC： 24VDC/1A；AC： 220VAC/0.5A；l 触点寿命：5×105 ；l 隔离电压：1000V DC（信号输入）；b) iCAN-2404模块接口说明（图11）图11 iCAN-2404模块接口说明c) iCAN-2404原理框图（图12）图12 iCAN-2404原理框图d) 继电器输出原理 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用电磁继电器是我们最常用的一种继电器 电磁继电器等效示意图如图13图13 电磁继电器等效示意图e) iCAN-2404输出状态定义在iCAN-2404模块中，对于继电器输出导通和断开的信号定义如表1示 表1 继电器信号状态图输出状态继电器开关状态状态 1继电器输出开关闭合状态0继电器输出开关断开f) iCAN-2404输出连接 iCAN-2404继电器与输出端口连接（图14）图14 iCAN-2404继电器与输出端口连接图g) 继电器输出的接线方式 iCAN-2404输出端口的接线方式（图15）.图15 iCAN-2404输出端口的接线方式2.4 CAN接口卡本设计中的接口才采用USBCAN-Ⅱ（图16）USBCAN-Ⅱ双路智能CAN接口卡是与USB总线兼容的CAN-bus数据转换卡，通过USB电缆与PC进行连接可应用于CAN-bus实验室、工业控制、智能楼宇等CAN-bus应用领域，进行CAN-bus网络数据分析、处理；也可单独用作CAN-bus网络的网关、网桥，构成不同层次网络中的数据转换系统同时，USBCAN智能CAN转换卡可作为开发模块直接嵌入到用户产品。

USBCAN-Ⅱ双路智能CAN接口卡集成有2个CAN通道、1路USB接口，是CAN-bus产品开发、CAN-bus数据分析的有力工具，因为具有体积小，即插即用等特点，也是便携式系统用户的最佳选择图16 USBCAN-Ⅱ双路智能CAN接口卡　　USBCAN智能CAN接口卡采用SMD表面贴装工艺、四层电路板技术，抗干扰能力强，非常适合在长期工作环境下使用而且，具有体积小巧、即插即用等特点，也是便携式系统用户的最佳选择　　USBCAN-Ⅱ双路智能CAN接口卡提供广泛和强大的软件支持这些软件支持包括通用的ZLGVCI驱动程序接口，自动实现安装，支持在VC++、C++Builder、Delphi和VB等开发环境下进行设计，可适合不同的开发人员使用同样，USBCAN智能CAN接口卡不仅适应基本的CAN-bus产品、也满足基于高层协议如DeviceNet、CanOpen等CAN-bus产品的开发另外，USBCAN-Ⅱ双路智能CAN接口卡可以与ZLGCANTest通用CAN-bus测试软件连接运行，执行CAN-bus总线数据的接收、发送测试任务，是实现CAN-bus产品开发、数据分析的得力工具USBCAN-Ⅱ特点：l 支持CAN2.0A和CAN2.0B协议，符合ISO/ISO 11898规范；l 支持1-2路CAN控制器，每路均可单独控制；l CAN控制器波特率在5Kbps～1Mbps之间可选；l 采用PHILIPS USB接口芯片，符合USB1.1协议规范；l 可以直接使用USB总线电源，或使用外接电源(+9V～+36V，400mA)；l CAN-bus接口采用光电隔离、DC-DC电源隔离，隔离模块绝缘电压：1000Vrms；l 单通道工作时数据流量最高：3000帧/秒；l 即插即用；l 工作温度：0～70℃；l 外形尺寸：115mm*76mm3 CAN总线技术基础与温度控制系统的基本原理CAN，全称为“。