测控模块的设计及网络化过程控制实验平台的构建
摘要
随着科学技术的进步，测控系统已经向智能化、网络化方向发展。为了将最新技术成果引入高校课程教学，论文设计了一款具有数据采集、处理、控制、通信功能的智能测控模块，并在此基础上，构建了一套网络化过程控制系统实验平台。
论文首先阐述了测控模块的硬件设计方案，对该模块的人机交互电路、数据采集电路、通信接口电路、电源电路的设计进行了详细的分析。模块的MCU选择的是美国Ti公司的MSP430F149单片机。
硬件设计调试完成后，利用IAR Embedded Workbench 3.41A软件开发了测控模块的控制程序。软件设计采用了模块化的设计思想，由整体到局部，化繁为简，大大提高了程序的开发效率。
在测控模块设计完成的基础上，构建了面向水箱液位对象的网络化过程控制系统实验平台。在平台构建过程中：制定了RS485多机通信协议，对如何提高RS485网络通信的可靠性进行了分析；利用VC++6.0编写了具有串口通信、数据存储、实时曲线绘制等功能的上位机监控程序；对过程控制算法及参数的选择进行了分析。
最后，对整个系统平台进行了运行及调试，实验证明：模块设计方案正确，性能可靠，构建的实验平台能够满足综合型、设计型以及网络化的实验要求。
With the progress of science and technology, observation and control system hasdeveloped in the intelligent and networked direction. In order to introduce the latesttechnological achievement into university's course teaching, an intelligent observationand control module with the function of data collecting、processing、communication、and control has been designed in this subject. Based on the desinged module, a networkedprocess control experimental platform has been constructed.
The paper fristly introduces the hardware design of the module.In this part,theinteraction circuit between human and machine、data collecting circuit, communicationinterface circurt、and power circuit have beed analysed in detail.The master controller forthe module is MSP430F149 single chip which is produced by Ti Company in America.
After finishing the hardware design of the observation and control module,I havedeveloped the control program for the module using the software of IAR EmbeddedWorkbench 3.41.A.The software design adopts modularization design idea which makethe software development more efficient.
After the module has been designed successfully,a suit of networked process controlexperimental platform has been constructed.The water level of the tank is the controlledtarget in the system. In the course of structuring the plafform,a protocol for thecommunication based on RS485 bus has been established.And then introduce somemethod to raise the RS485 network's dependability of communication and write theprogram with the function of serial data commnication、data storage and real time curvedrawing for the PC utilizing VC++6.0.After that, the paper analyses the controlarithmetic for the process control system.
In the end, the system has been debugged. It is proved that the module's design issuccessful,the module's performance is reliable,and the platform constructed can meetthe need of integrated、opened and networked experiment.
论文首先阐述了测控模块的硬件设计方案，对该模块的人机交互电路、数据采集电路、通信接口电路、电源电路的设计进行了详细的分析。模块的MCU选择的是美国Ti公司的MSP430F149单片机。
硬件设计调试完成后，利用IAR Embedded Workbench 3.41A软件开发了测控模块的控制程序。软件设计采用了模块化的设计思想，由整体到局部，化繁为简，大大提高了程序的开发效率。
在测控模块设计完成的基础上，构建了面向水箱液位对象的网络化过程控制系统实验平台。在平台构建过程中：制定了RS485多机通信协议，对如何提高RS485网络通信的可靠性进行了分析；利用VC++6.0编写了具有串口通信、数据存储、实时曲线绘制等功能的上位机监控程序；对过程控制算法及参数的选择进行了分析。
最后，对整个系统平台进行了运行及调试，实验证明：模块设计方案正确，性能可靠，构建的实验平台能够满足综合型、设计型以及网络化的实验要求。
With the progress of science and technology, observation and control system hasdeveloped in the intelligent and networked direction. In order to introduce the latesttechnological achievement into university's course teaching, an intelligent observationand control module with the function of data collecting、processing、communication、and control has been designed in this subject. Based on the desinged module, a networkedprocess control experimental platform has been constructed.
The paper fristly introduces the hardware design of the module.In this part,theinteraction circuit between human and machine、data collecting circuit, communicationinterface circurt、and power circuit have beed analysed in detail.The master controller forthe module is MSP430F149 single chip which is produced by Ti Company in America.
After finishing the hardware design of the observation and control module,I havedeveloped the control program for the module using the software of IAR EmbeddedWorkbench 3.41.A.The software design adopts modularization design idea which makethe software development more efficient.
After the module has been designed successfully,a suit of networked process controlexperimental platform has been constructed.The water level of the tank is the controlledtarget in the system. In the course of structuring the plafform,a protocol for thecommunication based on RS485 bus has been established.And then introduce somemethod to raise the RS485 network's dependability of communication and write theprogram with the function of serial data commnication、data storage and real time curvedrawing for the PC utilizing VC++6.0.After that, the paper analyses the controlarithmetic for the process control system.
In the end, the system has been debugged. It is proved that the module's design issuccessful,the module's performance is reliable,and the platform constructed can meetthe need of integrated、opened and networked experiment.
引文
1 陈国顺，宋新民．网络化测控技术．北京：电子工业出版社，2006
2 陈国顺．网络技术在计算机测控领域中的应用．计算机应用，2002(22)
3 刘建昌，周玮，王明顺．计算机控制网络．北京：清华大学出版社，2006
4 王再英，陈毅静．过程控制系统与仪表．北京：机械工业出版社，2006
5 魏小龙．MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例．北京：北京航空航天大学出版社，2002
6 秦龙．MSP430单片机应用系统开发典型实例．第一版．北京：中国电力出版社，2005
7 秦龙．MSP430单片机C语言应用程序设计实例精讲．北京：电子工业出版社，2006
8 沈建华，杨艳琴．MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用．北京：清华大学出版社，2004
9 胡大可．MSP430系列单片机C语言程序设计与开发．北京：北京航空航天大学出版社．2003
10 Chert Guoshun. Remote Intelligent Testing and Fault Diagnosis Technology for Complicated Electronic Equipment, ISTM, 2005
11 李全利，仲伟峰．单片机原理及应用．北京：清华大学出版社，2006
12 刘建清，数字电子技术从入门到精通．北京：国防工业出版社，2006
13 阎石．数字电子技术基础．第四版．北京：高等教育出版社，1997
14 康华光．电子技术基础——模拟部分．第四版．北京：高等教育出版社，1999
15 龚建伟，熊光明．Visual C++／Turbo串口通信编程实践．北京：电子工业出版社，2004
16 张筠莉，刘书智．Visual C++实践与提高——串口通信与工程应用篇．北京：中国铁道出版社，2006
17 邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，1996
18 陈在平，岳有军．工业控制网络与现场总线技术．北京：机械工业出版社，2006
19 雷雪梅，李树华．基于JTAG标准的在系统编程下载接口电路的设计．内蒙古大学学报．2003，(34)6：690-692
20 万江平．软件工程．北京：清华大学出版社，2006
21 王继国，孙新．CAN控制器芯片MCP2510在远程监测系统中的应用．电子技术应用．2004，(4)：77-79
22 MCP2510Stand-Alone CAN Controller With SPI Interface. MICROCHIP, 1999
23 柯南．非常电路板设计——Protel99之PCB．青岛：青岛出版社，2000
24 柯南．非常电路设计Protel 99之Schematic．北京：中国铁道出版社，2000
25 李昌禧．智能仪表原理与设计．北京：化学工业出版社，2005
26 陈铁军，谢春萍．PC机与RS485总线多机串行通信的软硬件设计．现代电子技术．2007，(5)244：102-104
27 王苒．基于RS485主从通信协议的实现．现代电子技术．2003，(24)167：89-91，
28 李东生，张勇Prote199 SE电路设计技术入门与应用．北京：电子工业出版社，2002
29 刘玮，汪晓平．C语言高级实例解析．北京：清华大学出版社，2004
30 李维，郭强液晶显示应用技术．北京：电子工业出版社，2000
31 求是科技．Visual C++6.0数据库开发技术与工程实践．北京：人民邮电出版社，2004
32 夏云庆．VisualC++6.0数据库高级编程．北京：北京希望电子出版社，2002
33 张宏军，党留群．Msual C++6.0编程案例精解．北京：电子工业出版社，2005
34 王华．Visual C++6.0编程实例与技巧．北京：机械工业出版社，1999
35 王洪．深入剖析Visual C++编程技术及应用实例．北京：人民邮电出版社，2003
36 辛长安，梅林．VC++编程技术与难点剖析．北京：清华大学出版社，2002
37 刘金龙．Visual C++6.0类参考详解．北京：清华大学出版社，1999
38 Brian W. Kernighan, Dennis M.Ritchie. C程序设计语言．第二版．北京：机械工业出版社，2006
39 严晓照，张兴国．增量式PID控制在温控系统中的应用，南通大学学报(自然科学版)．2006，(5)4：49-51
40 邵裕森．过程控制系统及仪表．第一版．北京：机械工业出版社，1994
41 翁维勤，周庆海．过程控制系统及工程．北京：化学工业出版社，1996
42 何衍庆，俞金寿．工业生产过程控制．第一版．北京：化学工业出版社，2004
43 武翠琴，杨金岩．CAN控制器MCP2510及其应用．国外电子元器件．2001，10：48-50
44 刘文恰，李进武．基于RS485总线多机通信系统可靠性的研究．弹箭与制导学报．2004，(25)3：102-104
45 马忠梅．单片机的C语言应用程序设计．北京：北京航空航天大学出版社，1997
46 MSP430X13X, MSP430X14X Mixed Signal Microcontroller Dam sheet(SLAITI).Ti corporation, 2001
47 ISO 11898 Vehichle-digital Information interchange-high Speed Communication Controller Area Network(version), [S], 1993
48 Brauninger J, Emig R. Loffer A Controller Area Nerwork for Turck and Bus Application[J], SAE 902211
49 Chen Guoshun.Remote NetWorked Testing And Diagnosis System Based on VXI Virtual Instrument, ICEMI,2005.
50 Philips Semiconductors.Upgrading note PCA820/251 TJA1040, TJA1050[Z], 2002
2 陈国顺．网络技术在计算机测控领域中的应用．计算机应用，2002(22)
3 刘建昌，周玮，王明顺．计算机控制网络．北京：清华大学出版社，2006
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44 刘文恰，李进武．基于RS485总线多机通信系统可靠性的研究．弹箭与制导学报．2004，(25)3：102-104
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47 ISO 11898 Vehichle-digital Information interchange-high Speed Communication Controller Area Network(version), [S], 1993
48 Brauninger J, Emig R. Loffer A Controller Area Nerwork for Turck and Bus Application[J], SAE 902211
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