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光电编码器新型数据处理系统的研制

作　者: 王竞恒
导　师: 贾文超
学　校: 长春工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 光电编码器 数据采集和传输 dsPIC30F4011 CANopen协议
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


光电编码器广泛用于数控机床、机器人、雷达、光电经纬仪及军事、航天等领域,是自动化仪器、设备理想的数字化传感器。随着我国工业现场控制领域的发展,光电编码器数据采集技术和传输通信接口也有了新的发展,如何将光电编码器接入工业控制总线并实现数据的采集和发送已成为需要解决和研究的重要课题。传统的光电编码器输出数据是原始的单端或差分信号,代表的只是光电编码器的码盘信号,不利于现场的监控和检测,不适应工业现场控制的要求。通用总线型的光电编码器则克服了以上缺点,它已经成为工业现场总线中的一个智能化节点,通过发送相应的总线报文以达到光电编码器数据的串行传输,满足工业控制的要求。针对光电编码器的数据采集和传输的要求,设计采用MICROCHIP公司生产的dsPIC30F4011数字信号控制器作为光电编码器数据的采集对象和总体的主控单元,使用CAN总线和CANopen协议作为数据的传输媒介,并且实现CANopen协议规定的各项通信功能,使其成为CANopen网络中的一个智能节点。文本的研究内容包括：(1)针对CANopen协议的光电编码器子协议,建立了一种基于CANopen协议的CAN现场总线的传输方案,设计了总线结构的框架和通用总线型光电编码器的设计方案。分析CAN总线的原理和CANopen协议的结构,为软件实现奠定理论基础。(2)设计光电编码器从站的硬件结构并绘制硬件原理图,包括电源电路、输入输出电路和CAN总线通信接口电路等。设计使用dsPIC30F4011的QEI模块采集光电编码器的输出数据,使用CAN控制器模块进行数据的传输。(3)光电编码器节点的软件实现,其中CANopen协议的软件实现是本文的重点,主要包括光电编码器的数据处理程序和CAN总线通信、CANopen协议通信对象、对象字典的实现等。最后通过搭建光电编码器节点试验板和整个CANopen网络对光电编码器节点进行测试,验证报文数据和各项通信功能。测试结果表明设计的光电编码器节点实现了方案预定功能,可满足工业现场的控制和监测要求。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 课题研究背景  8-9
  1.2 国内外研究发展及现状  9-11
    1.2.1 光电编码器的发展及现状分析  9-10
    1.2.2 CANopen协议的发展及现状分析  10-11
  1.3 课题研究意义  11
  1.4 课题的主要研究内容  11-12
第二章 智能数据节点总体方案设计  12-18
  2.1 光电编码器类型的选择  12-13
  2.2 现场总线的选择  13-14
  2.3 应用层协议的选择  14-16
  2.4 总线型光电编码器数据传输方案的确定  16-17
  2.5 本章小结  17-18
第三章 CAN总线和CANOPEN协议的原理及实现  18-28
  3.1 CAN总线原理及实现  18-20
    3.1.1 CAN总线概述  18-19
    3.1.2 CAN总线的硬件产品种类  19-20
    3.1.3 CAN总线收发单元的硬件实现  20
  3.2 CANOPEN协议原理分析及应用  20-27
    3.2.1 CANopen协议原理分析  20-22
    3.2.2 CANopen协议通信对象的定义  22-24
    3.2.3 CANopen协议对象字典的定义  24-25
    3.2.4 CANopen协议节点的状态机和节点通信模型  25-27
  3.3 本章小结  27-28
第四章 光电编码器CANOPEN从站及硬件设计  28-39
  4.1 从站系统硬件设计  28-32
    4.1.1 光电编码器从站的结构  28
    4.1.2 光电编码器从站控制芯片的选型  28-30
    4.1.3 其他功能节点的硬件设计  30
    4.1.4 系统中各控制器的规划  30-32
  4.2 光电编码器从站控制器主要功能模块  32-35
    4.2.1 单片机内部集成模块及其接口  32-34
    4.2.2 外围电路设计  34-35
  4.3 心跳管理从站硬件设计  35
  4.4 系统整体的抗干扰设计  35-36
  4.5 测试电路设计  36-38
  4.6 本章小结  38-39
第五章 光电编码器CANOPEN从站的软件设计  39-66
  5.1 软件设计的总体规划  39-40
  5.2 编程软件和开发工具的选择  40
  5.3 程序的总体流程设计  40-41
  5.4 光电编码器和其他功能模块的软件编程  41-47
    5.4.1 外围模块的初始化设置  41-43
    5.4.2 光电编码器的数据采集  43-44
    5.4.3 光电编码器的数据处理  44-47
  5.5 CANOPEN协议的软件实现  47-64
    5.5.1 程序的总体结构  47-48
    5.5.2 CANopen对CAN总线报文收发的控制  48-50
    5.5.3 CANopen协议对象字典的实现  50-53
    5.5.4 NMT通信的实现  53-54
    5.5.5 PDO通信的实现  54-57
    5.5.6 SDO通信的实现  57-60
    5.5.7 SYNC通信的实现  60-61
    5.5.8 心跳协议  61-62
    5.5.9 CANopen协议的错误处理和紧急对象EMCY报文的发送  62-64
  5.6 心跳消费节点的软件设计  64-65
  5.7 本章小结  65-66
第六章 光电编码器从站节点的测试实验及结果分析  66-70
  6.1 CANOPEN协议网络的搭建  66
  6.2 光电编码器从站的测试  66-68
    6.2.1 光电编码器从站NMT节点状态测试  66-67
    6.2.2 光电编码器从站SDO对象功能测试  67-68
    6.2.3 光电编码器从站紧急对象的测试  68
  6.3 光电编码器输出数据分析  68-69
  6.4 本章小结  69-70
结论  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
作者简介  75
攻读硕士学位期间研究成果  75-76

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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 > 数据收集和处理系统
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