基于CAN总线的流量控制系统设计开题报告

1.1 流量控制的背景

流量是衡量设备效率和经济性的重要指标，流量测量与控制是实现工业生产过程自动化的一项重要任务。工业生产过程控制是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。流量的检测和控制在化工、能源电力、冶金、石油等领域应用广泛。流量的检测仪器主要有椭圆齿轮流量计、薄膜式气体流量计、差压式流量计、浮子式流量计、涡轮流量计、电磁流量计、超声流量计等。其中电磁流量计应用十分广泛。它被用来测量各种酸、碱、盐溶液，矿浆、糖浆、污水、啤酒、麦汁等导电流体的流量。电磁流量计具有如下特点：

（1）测量管道中无阻力件，压力损失极小，也不会引起堵塞等问题，适用于含有固体颗粒或纤维的固液两相流体，如纸浆、矿浆及污水等。

（2）无机械惯性，反应灵敏，可以测量瞬时脉动流量，且线性度好，又可测量正反双向流量。

（3）测量结果与流体的压力、温度、密度、粘度及电导率等物理参数无关，测量精度高，测量结果可靠。

（4）被测介质必须是导电介质，结构较为复杂，成本较高，且易受外界电磁干扰。

1.2 CAN总线的应用

现场总线技术是计算机技术、通信技术和控制技术的综合与集成，它的出现使传统的自动控制领域产生了革命性的变革，形成了新型的网络集成或全分布控制系统即现场总线控制系统（FCS）。由于现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展的方向，它一经产生便成为全球工业自动化的热点，受到全世界的普遍关注。CAN总线全称Controller Area Network,即控制器局域网，是一种多种方式的串行通讯总线，基本设计规范，要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误，现在已经在汽车工业、航天工业等领域的控制系统中得到广泛的应用。基于CAN总线低成本、极高的总线利用率、很远的数据传输距离、高速的数据传输速率等特性，其在工业控制中有很好的发展前景。

1.3 单片机的特点与应用

单片机，又称嵌入式处理器，是一个以单芯片形态面对测控对象的嵌入式应用计算机系统。它把中央处理器 （CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时器/计数器和各种输入输出接口（I/O接口）电路等部件集成

2.1主要研究内容：

本课题的研究内容是以单片机为主控元件，确定待输送自来水的最佳流量并将其设定为标准值（随着实际情况的变化，这个标准值也应作出相应的调整，一切以时间、地点和条件为转移），利用电磁流量计接收实际的流量信息传递给单片机，由单片机来控制流量的调节使其保持在设定值上下限之间。

为了便于管理人员能够及时了解现场的情况，采用CAN总线将流量情况传送给上位机，从而实现实时监测。

同时，设计led显示模块，显示流量的上下限和当前值，便于人员操控。通过软件、硬件相结合组成一个完整的系统，并通过调试，协同完成任务。

2.2预期目标：

（1）实现对待输送自来水流量的检测；

（2）实现对待输送自来水流量的自动控制；

（3）实现对实际输送自来水流量的实时监测。

首先查找资料了解有关CAN总线、电磁流量计和单片机的基本知识，然后查阅有关文献了解国内外已经有的关于流量自动控制的知识，从中了解流量自动控制的优缺点以及注意事项，最后从单片机硬件电路和软件编程方面着手设计。

3.1控制器的硬件电路设计

数据采集部分是实现流量自动控制的重要环节。电磁流量计由磁场系统、非导磁的测量导管、电极和壳体组成。当导电的流体在管道中流动时，导电流体切割磁感线，因而在与磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电动势E。它把流量的大小转化为标准的4-20mA电流信号。在工业生产现场安装多个电磁流量计，然后把电磁流量计和多路开关相连，多路传感器的输出经A/D转换后送入单片机，CPU将不断读I/O口，并把采集到的信号存放在数据存储器中，根据比对标准值，决定是否调节流量。本课题仅以一个电磁流量计为例来说明。

由于电动调节阀具有高可靠、全功能、超轻型等特点，所以把它作为执行机构。通过单片机发出的控制信号来控制电动调节阀阀门开度的增减，从而实现流量的增减或停机暂停流量的控制。

3.2控制器的软件设计

软件是控制系统的灵魂，需要与硬件配合，将实时采集的数据与系统设定值进行比较判断，来控制电动调节阀开启和延续时间长短，实现智能控制。控制系统的程序采用C语言编写。