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基于CANopen协议的延伸报警器研制
| 论文题名： | 基于CANopen协议的延伸报警器研制 |
| 关键词： | 船舶自动化系统;延伸报警器;控制器局域网络协议;安全运行 |
| 摘要： | 近年来，CAN总线被广泛地应用到船舶自动化领域中，为船舶的安全运行提供保障。但由于CAN总线只使用OSI模型中的物理层和数据链路层，只能传输小于等于8字节数据，因此提高船舶延伸报警器互联性、可靠性及对于大于8字节数据传输就必须对OSI模型中的应用层进行统一规定，使得CAN通讯难以与其它高层协议兼容。CANopen协议是CAN总线的应用层协议，此协议定义了不同报文的结构，如PDO、SDO、NMT报文，CANopen协议能够有效地解决CAN总线的缺点，所以CANopen具有广阔的应用前景。 船舶延伸报警器是保障船舶安全运行的重要设备之一，研制人机界面友好、可靠性高、互联性好、通讯实时性强的延伸报警器相当重要。本文设计了一种基于CANopen协议的触屏式延伸报警器，该系统以STM32F103VBT6微处理器为控制中心，采用交互方便的触摸屏作为系统的显示与操作界面，由主控单元和延伸单元组成，其中主控单元采用冗余设计。通过测试系统能够准确地监视报警信号，并能及时对报警信息进行显示，把报警信息延伸到指定的房间进行有效地处理。系统以CANopen协议作为通信方式，大大提高了系统的稳定性、兼容性，有利于CANopen协议在船舶领域的推广。 本文首先分析了CAN总线结构和它的局限性，分析了CANopen协议的模型结构。接着，基于模块化的设计思想给出了系统的硬件设计方案，并对每个模块进行了抗干扰分析。然后分析了CANopen协议软件实现体系结构，给出了软件的设计流程，并编写了相应的程序使得主从(延伸)单元的应用层通讯由CANopen协议实现及系统底层各模块功能。由于CANopen网络采用总线仲裁机制，当网络负载较大时，带宽受限制将会造成报文延迟，将给系统带来不确定的网络延时，网络延时降低了系统的性能，甚至可能导致系统崩溃，影响到船舶的安全。CAN消息不仅要求能够实时的传输，而且其可靠性也是系统需要考虑的关键因素。必须保证通讯系统能够可靠的传输非报警消息和报警消息，特别是对报警消息必须确保万无一失的传输到目标节点，即使概率很小的可靠性问题的存在，在众多产品的长时间的运行过程中可能会产生严重后果，甚至是灾难性事故的发生。因此，本文对系统通讯的实时性及可靠性作进一步研究，并采用优先级动态调度算法提高系统通讯的实时性，从CAN总线的物理层以及CAN网络拓扑结构对可靠性的影响来分析和研究CAN总线的可靠性问题。 对系统最终测试表明，该系统能按照CANopen协议实现主从单元的监测、报警、显示、通信的功能，符合中国船级社的规范。系统具有友好的人机交互界面，较高的互联性、实时性、可靠性及兼容性，有很好的推广应用价值。 |
| 作者： | 李晓鹏 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 张永林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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