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基于CAN总线的纺织小张力智能传感器的研究

作　者: 葛松林
导　师: 李伟
学　校: 浙江理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 纺织小张力 CAN总线电阻应变传感器智能传感器 MAX1452 dsPIC30F4011 FastDB Labwindows/CVI
分类号: TP212.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在纺织工业的加工过程中,络纱的张力是一个十分重要的工艺参数。张力波动过大,则影响产品的质量和后续工序的顺利进行,因此需要对生产过程中的张力实时监测,以减小张力的波动。随着现代纺织工业的不断发展,纺织工业控制系统对现场多点信号的采集、转换、传输、实时性以及可靠性等方面提出了更高的要求。但当前的张力检测传感器普遍存在着测点少、随机测量、操作繁杂、不利于测量自动化等问题。基于此,本文将纺织小张力测量技术和现场总线CAN总线技术相结合,研究纺织小张力智能传感器,实现纺织小张力的现场总线测量,与传统的张力传感器相比有明显的优点,具有广泛的应用前景。本文以传统高精度的电阻应变式传感器和CAN总线为研究对象,选取新型数字信号控制器dsPIC30F4011为主控制器,对电阻应变传感器的信号调理和CAN总线通信进行了研究。本文涉及的主要工作包括硬件设计和软件设计两个方面。硬件上,设计了以MAX1452为核心的前级传感器信号调理电路、以数字信号控制器为核心的信号处理电路和CAN总线通信电路。软件上,设计了MAX1452的补偿软件、数字信号控制器的系统软件和CAN总线通信软件。另外,还利用虚拟仪器Labwindows/CVI开发工具和实时数据库FastDB,开发了纺织小张力智能传感器的上位机管理系统,实现上下位机的友好交互。最后,通过实验,证明本系统的精度高、响应快、易于实现测量网络化,在纺织小张力测量领域有明显的使用价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-12
  1.1 课题的背景及意义  8
  1.2 国内外研究现状  8-10
  1.3 论文的研究内容  10-12
第二章基于CAN总线的纺织小张力智能传感器的总体设计  12-24
  2.1 系统的总体结构  12-13
  2.2 张力传感器的选用  13-18
    2.2.1 纱线张力传感器的种类  13-16
    2.2.2 纱线张力传感器的选择  16-18
  2.3 张力传感器的数学模型  18-20
  2.4 系统硬件电路设计  20-22
  2.5 系统软件设计  22-24
第三章信号调理模块和信号处理模块的设计  24-31
  3.1 MAX1452 信号调理芯片的编程原理  24-28
    3.1.1 MAX1452 的概述  24-26
    3.1.2 可编程激励电流源  26-27
    3.1.3 可编程增益放大器  27
    3.1.4 MAX1452 的补偿原理  27-28
  3.2 信号调理模块的电路设计  28-29
  3.3 信号处理模块的电路设计  29-31
第四章 CAN总线通信模块设计  31-38
  4.1 CAN总线概述  31-32
  4.2 CAN通信协议  32-33
  4.3 CAN器件介绍  33-37
    4.3.1 数字信号控制器内置的CAN控制器  34-35
    4.3.2 高速CAN收发器MCP2551  35-37
  4.4 CAN总线通信模块电路设计  37-38
第五章 CAN总线智能传感器节点的软件设计  38-63
  5.1 系统软件部分的功能概述  38
  5.2 以MAX1452 为核心的传感器信号调理软件设计  38-50
    5.2.1 MAX1452 通信协议的简介  39-43
    5.2.2 MAX1452 的软件补偿过程设计  43-50
      5.2.2.1 前级补偿软件的设计  44-46
      5.2.2.2 精确补偿软件的设计  46-50
  5.3 以数字信号控制器dsPIC30F4011 为核心的传感器信号处理软件设计  50-59
    5.3.1 传感器状态的简介  50-51
    5.3.2 后台控制决策流程  51-52
    5.3.3 A/D采集模块程序设计  52-54
    5.3.4 定时模块和EEPROM模块程序设计  54
    5.3.5 中断处理模块程序设计  54-55
    5.3.6 张力标定模块程序设计  55-57
    5.3.7 张力测量模块程序设计  57-58
    5.3.8 数字滤波模块程序设计  58-59
  5.4 CAN总线通信软件设计  59-63
    5.4.1 CAN节点的初始化  59-61
    5.4.2 CAN节点报文的发送  61
    5.4.3 CAN节点报文的接收  61-63
第六章上位机管理系统的设计  63-81
  6.1 上位机管理系统的开发环境  63
  6.2 CAN总线与上位机通信的具体实现  63-69
    6.2.1 CAN适配卡的选择和简介  63-64
    6.2.2 CAN适配卡API的使用方法  64-65
    6.2.3 CAN应用层协议的设计  65-69
  6.3 上位机管理系统的总体规划  69-70
  6.4 上位机管理系统的各功能模块设计  70-81
    6.4.1 CAN通信模块设计  70-71
    6.4.2 MAX1452 校准模块设计  71-72
    6.4.3 张力标定模块设计  72-75
    6.4.4 管理和数字显示模块设计  75
    6.4.5 数据管理模块设计  75-81
      6.4.5.1 实时数据库FastDB  75-76
      6.4.5.2 LabWindows/CVI环境下应用实时数据库FastDB  76-77
      6.4.5.3 张力数据库的设计  77-79
      6.4.5.4 数据管理界面的设计  79-81
第七章实验分析  81-89
  7.1 纺织小张力测试实验装置  81
  7.2 MAX1452 校准实验  81-87
    7.2.1 实验过程  81-85
    7.2.2 实验结果  85-87
  7.3 纺织小张力标定实验  87-88
  7.4 纺织小张力检测实验  88-89
第八章总结与展望  89-90
参考文献  90-93
致谢  93-94
攻读硕士期间发表论文情况  94

基于CAN总线的纺织小张力智能传感器的研究

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