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基于CAN总线的油库管理系统关键技术研究

作　者: 王博文
导　师: 刘丹平
学　校: 重庆大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: CAN总线嵌入式技术油库信息化
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 37次
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内容摘要

我国不少中小型油库处在人烟稀少的环境下,由于油库的内部工作环境具有高危险性,并且油库管理的信息化水平不高,所以实现安全高效的远程管理具有重要意义。本课题所讨论的油库管理方案包括CAN总线协议的实现方式,ARM linux环境下CAN总线报文传输、过滤、仲裁的实现,节点中各种传感器的访问控制技术。详细讨论了基于动态优先级的CAN总线仲裁的关键技术,以便于建立精度高、自适应能力强、安全性高的网络监测系统,实现油库管理的高智能化管理。首先论述了几种常见的油库管理系统,并详细分析了它们在信息化管理方面存在的不足。其次介绍了CAN总线协议及其硬件实现方法。包括CAN总线的优点,CAN总线的层次结构极其通信协议,SJA1000控制器的工作原理,以及报文传输过滤技术。还介绍了I~2C总线的特点,工作流程等等,并分析了目前CAN总线中存在的几种报文调度技术。其次提出了一种基于CAN总线和I~2C的油库管理系统。着重介绍了在核心数据处理单元S3C2410上扩展CAN设备的驱动程序的实现,以及CAN总线访问控制的一般方法。同时分析了linux2.6内核的I~2C总线驱动结构原理,并讨论了I~2C总线管理单个油罐仪表传感器系统的方法。最后结合油库的具体管理情况,进而详细分析了基于CAN总线的报文特点,以及命令信息发送的格式。针对CAN总线的竞争仲裁技术,提出动态优先级的报文调度技术,保证各个节点公平的竞争总线,确保系统的实时性和有效性。通过实验以及MATLAB仿真显示,当多台ARM开发板在比较远的远距离用CAN总线连接时(10m之内),该系统能有效的模拟油库的管理系统进行信息的发送检测与接收,速度可达1Mb/s。同时,报文的优先级能够实时的调整和控制,各个节点公平的竞争总线,能够有效的保证系统的实时性,可靠性。本论文主要有以下创新:(1)提出了基于ARM和Linux的CAN总线实现方案,并利用相应的软硬件实现了该方案。(2)系统报道了在油库管理系统中的基于ARM和Linux的CAN总线技术以及基于动态优先级的节点竞争总线技术。通过仿真和实验,证明该技术结构简单,实现容易,成本低,系统牢靠,可靠性高。能有效的解决油库管理系统的信息化问题以及网络化问题,由于linux代码的开源优势,可以方便的升级系统,保证更高标准的通信质量。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 油库管理的意义  9
  1.2 目前国内外油库管理现状  9-11
  1.3 论文的主要工作与创新  11
  1.4 论文的主要组织结构  11-13
2 油库管理系统及其关键技术研究  13-41
  2.1 分散式油库管理系统  13
  2.2 集中式油库管理系统  13-14
  2.3 集散式油库管理系统  14-15
  2.4 CAN 总线综述  15-19
    2.4.1 CAN 总线相对于其他总线具有的优点  16-18
    2.4.2 比较有影响的现场总线  18-19
  2.5 CAN 总线协议的特点  19-31
    2.5.1 CAN 总线的层次结构  21-22
    2.5.2 CAN 总线的通信协议  22-24
    2.5.3 CAN 总线基于以下5 条基本规则进行组织  24
    2.5.4 独立CAN 总线控制器SJA1000  24-28
    2.5.5 SJA1000 的主要寄存器  28
    2.5.6 报文传输过滤技术  28-31
  2.6 I~2C 总线介绍  31-37
    2.6.1 I~2C 总线体系结构分析  31-33
    2.6.2 I~2C 总线的通信方法研究  33-37
  2.7 系统节点报文的调度问题  37-41
    2.7.1 固定优先级算法  37-38
    2.7.2 基于TTCAN 技术的时间触发调度算法  38-41
3 基于 CAN 总线的油库管理系统及其关键技术  41-67
  3.1 油库的整体布局与局部规划  41-43
    3.1.1 将CAN 总线与I~2C 总线用在远程监控和局部管理的意义  42-43
    3.1.2 系统主要完成的开发和研究工作  43
  3.2 本系统的软硬件环境分析  43-46
    3.2.1 Linux 操作系统的特点  43-44
    3.2.2 linux2.6 内核相对于2.4 内核的优越性  44-45
    3.2.3 ARM 处理器相对于X86 处理器的优势  45-46
  3.3 系统环境的建立  46-51
    3.3.1 ARM S3C2410 开发板的选择  46-47
    3.3.2 Bootloader 的作用与定制  47-49
    3.3.3 文件系统选择与内核裁剪  49-51
  3.4 CAN 总线驱动程序设计及程序流程  51-55
    3.4.1 驱动程序的初始化  52
    3.4.2 驱动程序中文件系统接口函数填充  52-54
    3.4.3 单个节点的收发报文过程  54-55
  3.5 将I~2C 总线应用于油库的局部管理  55-58
  3.6 各个油罐间数据命令信息的传输  58-62
  3.7 动态优先级调度技术  62-67
    3.7.1 非破坏性总线仲裁技术  62-63
    3.7.2 动态优先级调度  63-64
    3.7.3 对调度算法的MATLAB 仿真分析  64-66
    3.7.4 对调度算法实现分析  66-67
4 总结与展望  67-69
致谢  69-71
参考文献  71-73
附录  73-76
  A.作者在攻读学位期间发表的论文目录  73
  B.部分驱动程序代码  73-76

基于CAN总线的油库管理系统关键技术研究

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