机械工程自动化技术论文提纲

论文题目：基于CAN总线的柴油机监控系统开发

摘要：柴油机被广泛应用于船舶、车辆、发电机组、工程建筑及农业机械等领域,为了保证柴油机运行稳定可靠,需要对柴油机的运行状况实时监测。随着计算机、通信网络以及自动化技术的迅速发展,监控系统逐渐趋向于模块化、网络化和智能化,越来越多企业将管理技术、信息技术、自动化技术有机融合,实现管控一体化。本文针对柴油机监控系统智能化、网络化的需求,利用CAN总线和以太网通信,设计了一种柴油机监控系统。根据功能和测量变量的位置,本设计将该监控系统分为三个部分:控制板、协调板和人机交互板。三个部分之间利用CAN总线进行通信,同时柴油机之间的通信协调也利用CAN总线实现,柴油机与上位机之间的通信采用工业以太网。本文主要工作包括以下几点:（1）分析了监控系统的设计需求,提出了监控系统的总体方案设计,包括硬件总体设计和通信网络总体设计。在总体设计方案中,将监控系统柴油机节点分为三个部分,对应于三块电路板,分别为:控制板、协调板、人机交互板。（2）根据系统的总体硬件设计方案,以STM32F407作为MCU,设计并调试了三块板的硬件电路。硬件电路包括柴油机运行过程中的各种开关量、模拟量采集电路,继电器输出、模拟电压输出电路,显示模块电路等。此外,为了便于信息交换,还设计了CAN总线和以太网接口。（3）根据系统总体通信网络方案,参考SAE J1939协议,设计了系统软件结构以及相关任务程序,并详细讲述了转速采集任务、转速控制任务、模拟量采集任务、并网控制任务、并网协调任务的设计。（4）最后根据监控系统的需求功能,对系统各个模块进行测试与分析。各个模块均工作正常,系统设计合理。本文利用CAN总线和以太网通信技术,提出了一种柴油机监控系统的设计方案。经过实验测试和分析可知,该系统能够较好地实时监控柴油机的运行状况,并满足智能化网络化的趋势。

关键词：柴油机;监控系统;CAN总线;以太网;STM32F407

学科专业：控制理论与控制工程

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 监控系统的发展与现状

1.3 柴油机消防泵组的现状

1.4 柴油发电机控制器的现状与发展

1.5 设计目的

1.6 论文主要内容及结构安排

第二章 需求分析与总体方案

2.1 监控系统的需求分析

2.1.1 柴油机消防泵组产品存在的问题

2.1.2 系统设计需求

2.2 监控系统通信网络总体设计

2.3 监控系统硬件总体设计

2.4 人机交互板界面设计

2.5 本章小结

第三章 系统硬件设计

3.1 电源和通信接口电路设计

3.1.1 电源电路设计

3.1.2 MCU电路设计

3.1.3 CAN总线接口电路设计

3.1.4 以太网接口电路设计

3.2 控制板硬件电路设计

3.2.1 模拟量测量电路设计

3.2.2 开关量检测电路设计

3.2.3 转速测量电路设计

3.2.4 光耦隔离线性放大电路设计

3.3 协调板硬件电路设计

3.3.1 并网控制继电器设计

3.3.2 交流电流测量电路设计

3.3.3 交流电压测量电路设计

3.3.4 交流电频率和相位差测量模块

3.4 人机交互板硬件电路设计

3.4.1 按键输入及数码管显示电路设计

3.4.2 参数组指示LED驱动电路设计

3.4.3 OLED显示模组接口电路设计

3.5 本章小结

第四章 系统软件设计

4.1 测控变量的参数组编号

4.1.1 SAEJ1939协议帧格式

4.1.2 参数组编号PGN

4.2 控制板程序设计

4.2.1 控制板数据流示意图

4.2.2 控制板软件结构设计

4.2.3 转速采集模块程序设计

4.2.4 转速控制模块程序设计

4.2.5 模拟量采集模块程序设计

4.3 协调板程序设计

4.3.1 协调板数据流示意图

4.3.2 协调板软件结构设计

4.3.3 并网控制模块程序设计

4.3.4 并网协调模块程序设计

4.4 人机交互板程序设计

4.4.1 顶层数据流示意图

4.4.2 人机交互板软件结构设计

4.5 本章小结

第五章 系统测试与分析

5.1 电源及通信模块测试

5.1.1 电源模块测试

5.1.2 CAN总线模块测试

5.1.3 以太网通信模块测试

5.2 控制板测试与分析

5.2.1 控制板模拟量测量电路测试与分析

5.2.2 控制板转速测量电路测试

5.2.3 控制板隔离线性放大电路测试

5.3 协调板测试与分析

5.3.1 交流电压测量电路测试分析

5.3.2 交流电频率和相位差测量电路测试

5.3.3 交流电流检测电路测试

5.4 人机交互板测试与分析

5.4.1 OLED显示模块测试

5.4.2 数码管LED显示电路测试

5.5 三块板CAN总线通信测试

5.6 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

答辩委员会对论文的评定意见