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学号2009043110
密级
哈尔滨工程大学本科生毕业论文
基于CAN总线的蓄电池化成监控系统设计
院(系)名称:自动化学院
专业名称:电气工程及其自动化
学生姓名:郭衍龙
指导教师:游江副教授
哈尔滨工程大学
2013年6月
哈尔滨工程大学本科生毕业论文
基于CAN总线的蓄电池化成监控系统设计郭衍龙哈尔滨工程大学


学号2009043110
密级
基于CAN总线的蓄电池化成监控系统设计
TheDesignofMonitoringSystembatteryBasedonCANBus
学生姓名:郭衍龙
所在学院:自动化学院
所在专业:电气工程及其自动化
指导教师:游江
职称:副教授
所在单位:哈尔滨工程大学
论文提交日期:2013年6月
论文答辩日期:2013年6月
学位授予单位:哈尔滨工程大学
哈尔滨工程大学本科生毕业论文
基于CAN总线的蓄电池化成监控系统设计
I
摘要
ARM微处理器遍及工业控制、电子产品、网络通信等各个领域,ARM技术正逐步进入并改变着我们的生活。在32位微处理器领域里,ARMCortex-M3处理器性能尤为突出。基于ARMCortex-M3内核的STMF103系列微处理器具有功耗少、成本低、性能高的特点,而且有众多的开发编译平台支持,其中便有一款优秀的软件——KieluVision4。
CAN总线技术被广泛地应用在工业自动化、汽车、船舶等领域,是能有效的支持分布式控制和实时控制的串行通信网络,可实现各设备间稳定并准确的数据传输,为数据通信提供了强有力的支持。
蓄电池作为一种稳定的化学电源,其在工业领域及人们的日常生活中发挥着不可替代的作用。蓄电池的化成作为蓄电池制作过程中的关键一环,直接影响着蓄电池质量的好坏。
本课题正是基于CAN总线技术,采用STM32F103VET6作为系统主控制器,设计硬件电路,使用KieluVision4软件作为STM32微控制器的开发编译平台,并通过VisualBasic进行上位机软件的编写。主要通过编译程序输出不同占空比的PWM波,以实现对蓄电池化成过程的充放电控制。
关键词:ARM;STMF103;CAN总线;KieluVision;VisualBasic;PWM
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基于CAN总线的蓄电池化成监控系统设计
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Abstract
ARMMicroprocessorthroughoutindustrialcontrol,electronicproducts,networkcommunicationsandotherfields,-bitmicroprocessor,ARMCortex--M3coreSTMF103seriesmicroprocessorwithlowpowerconsumption,lowcost,high-performancefeatures,andtherearenumerouscompilerdevelopmentplatformsupport,whichwillhaveanexcellentsoftware-KieluVision4.
CANbustechnologyhasbeenwidelyusedinindustrialautomation,automotive,shipbuildingandotherfields,isabletoeffectivelysupportthedistributedcontrolandreal-timecontroloftheserialcommunicationsnetwork,enablingthedevicestostabilizeandaccuratedatatransmissionfordatacommunicationstoprovidestrongsupport.
Batteryasastablechemicalpower,anditsindustrialsectorandpeople',adirectimpactonthequalityofthebatteryisgoodorbad.
ThistopicisbasedonCANbustechnology,STM32F103VET6asthesystemmastercontroller,hardwarecircuitdesign,theuseofKieluVision4SoftwareasSTM32microcontrollercompilerdevelopmentplatform,,inordertoachievetheprocessofcharginganddischargingofthebatteryintothecontrol.
Keywords:ARM;STMF103;CANbus;KieluVision;VisualBasic;PWM
基于CAN总线的蓄电池化成监控系统设计
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基于CAN总线的蓄电池化成监控系统设计
基于CAN总线的蓄电池化成监控系统设计
基于CAN总线的蓄电池化成监控系统设计
哈尔滨工程大学本科生毕业论文
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
研究背景 1
研究现状和意义 1
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第2章系统总体设计 4
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第3章硬件电路设计 15
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第4章系统软件设计 28
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结论 36
参考文献 37
攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果 39
致谢 40
附录 41
附录A:ARM控制程序 41
附录B:上位机软件编译程序 49
附录C:接口库函数 58
附录D:硬件电路补充 60
基于CAN总线的蓄电池化成监控系统设计
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绪论
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绪论
研究背景
蓄电池是1859年由普兰特(Plante)发明的,至今已有一百多年的历史。蓄电池自发明后,经过上百年的发展,加之其低廉的价格、易于采集的原材料、充分的使用可靠性等原因,其在化学电源中一直占有很大的优势及广泛的应用群体。
随着社会生产力和科学技术的不断发展,尤其是工业化大发展的今天,蓄电池作为一种化学性能可靠的电源,越来广泛的应用到工业领域中[1]。蓄电池可作为应急电源及后备电源,在当今的技术条件下,还没有哪一种电源能够取代其在工业及日常生活中的地位。蓄电池制造流程一般包括:铅粉制造、板栅铸造、极板制造、极板化成、装配电池。在制造过程中,蓄电池极板的化成工艺是蓄电池生产制造过程中的重要一环。一般一个蓄电池生产厂有几十台甚至上百台化成充电机在各自控制系统的监控下同时运行,存在大量的数据交换,如何监控化成过程稳定地运行尤为重要。
研究现状和意义
对于蓄电池化成控制系统电路,传统上都是模拟控制电路,虽然目前技术发展的已经非常成熟,但其依然存在许多不足:如需要大量分立元件、电路板,器件繁多,造成制造成本高;繁多的器件也使系统功耗大,不能大规模集成,并且易受到环境干扰造成系统不稳定;此外,由于是模拟控制电路,可用的控制芯片不能进行复杂的控制,要实现复杂的控制很难。
随着技术的发展和科技的进步,蓄电池化成监控系统也在不断地发展完善。以目前的情况来看,采用16位、32位的ARM、DSP等微控制器作为主控制核心进行电路设计已成为主流趋势。在数据通信方面,CAN总线技术的应用已经非常成熟,可采用CAN总线与监控计算机连接起来进行通信。
本课题采用STM32F103VE芯片作为主控制器,采用CAN总线进行与监控计算机的数据通信,使用KielμVision4软件编程实现对STM32F103VE主控制器的控制,使用VisualBasic软件编写上机控制软件实现对CAN总线的控制。
本课题具有一定的实用价值和工程参考意义。

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STM32系列微控制器基于ARM内核,所以很多基于ARM嵌入式的开发环境都可以用于STM32开发平台,开发工具都可用于STM32开发。其中主要的开发编译平台有Greenhills、GCC、IAR、Keil和Tasking等。随着新一代Cortex-M3处理器的诞生,绝大多数的开发平台都快速惊醒更新来支持Thumb-2指令集。Kiel是目前ARM内核单片机开发的主流工具。Keil提供包括了C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(μVision)将这些功能组合在一起。KeilμVision4引入灵活的窗口管理系统,使开发人员能够使用多台监视器,并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口,提供一个整洁,高效的环境来开发应用程序。
而对于上机软件的编写,开发工具更是数不胜数,诸如MicrosoftSQLServer、MicrosoftVisualC++、VisualBasic等,对于未有编程基础或者编程基础较差的初学者来说,VisualBasic相对于MicrosoftSQLServer与MicrosoftVisualC++来说,更容易上手,更利于初学者编写一简单的上机软件,考虑时间及自身能力等因素,本课题选择使用VisualBasic,但缺点是程序运行效率较低。

课题研究的蓄电池化成监控系统。硬件部分,采用STM32F103ARM控制芯片作为CPU;基于TJA1040和ADUM1201芯片设计完成ARM与***CAN适配器的隔离接口电路;设计电源电路,为ARM、运放等器件提供驱动电源、基准电源等;设计存储器电路,存储数据;设计电流、电压信号采集模块,对蓄电池化成过程中电流、电压数据进行采集,并设计过流保护模块,防止过流烧坏电路;设计通讯模块,实现ARM主控器与外部设备之间的数据通讯;设计PWM输出模块;其他电路模块还包括温度检测、ARM脚去耦电容、ARM外部晶振等,这些模块相互联系,共同组成系统的完整性。软件部分,设计使用VisualBasic软件,编写CAN上位机监控应用程序,对CAN适配器的启动、复位、数据收送等进行控制;通过KeilμVision4开发平台,编译ARM主控器控制程序,完成对ARM的控制,可根据实际要求输出不同占空比的PWM波,实现对蓄电池化成过程充放电电源的控制。
本文共分为四章,论文结构如下:
第一章为论文绪论部分,包括了课题研究背景、现状和研究意义,当下流行的开发平台,课题内容及论文的结构。
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第二章为系统的总体设计简介,包括蓄电池化成相关知识的介绍,CAN总线技术的简要说明,硬件电路用到的一些主要器件也给出了它们的主要参数及工作原理等。最后还给出了系统总体的设计方案,分为硬件设计方案和软件设计方案。
第三章为系统硬件电路部分,包含硬件实现框图、存储器、主控制器、电源电路、通讯电路、电流采集、电压采集、过流保护等模块的说明。简要的解释了硬件电路主要模块的原理及功能。
第四章为系统软件设计部分,主要包括ARM主控制器控制程序与上位机软件的设计这两部分。简单的解释了两部分中各自重要的程序段。
最后是本文的结论部分,给本文的工作做了总结。