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基于CAN总线的分布式24位数据采集系统结合了高精度数据采集技术与先进的CAN现场总线技术,实现多通道、分布式高精度数据采集,除可用于地球物理中的现代地震勘探、直流电法,现代医学中的血液分析、心电信号处理以及环境检测与监测等专业领域,也可用于一般的工业测控对温度、湿度、压力和机械振动等模拟信号的采集。这种具备标准接口的智能化、网络化的高精度数据采集系统结构代表了当前仪器仪表的发展方向,具有广阔的应用前景。本文简要介绍了现场总线技术的发展历程,指出现场总线技术是未来自控领域的重要技术,基于现场总线技术的全分布式控制系统是自动化系统的发展方向。在对采用现场总线技术的分布式高精度数据采集系统的市场需求的分析之后,给出了系统研制的目的和意义,提出了系统软件、硬件框架结构和具体实施技术路线。本文对系统硬件的三个部分:24位数据采集子站节点设计、CAN中继器设计和PC机CAN接口适配器设计分别进行了研究。指出24位数据采集子站精度等指标是本数据采集系统的核心问题。针对于不同的应用,数据采集子站采用CS5396和ADS1252两种不同的24位模数转换器来设计。其中CS5396适合于对1~2通道1Hz~40kHz交流信号的采集,而采用ADS1252的设计适合于对1~8通道DC~10kHz信号的采集。论文详细地讲述这两种24位数据采集子站的设计过程,总结了常用的传感器接口与前置放大电路设计、模拟可编程低通和高通滤波器电路设计、工频陷波电路设计、单端/差分变换电路设计、多功能外同步输入/输出电路的设计和以单片机、大容量SRAM和CPLD为系统控制核心的设计方法。并就CS5396输出数据格式转换、高精度数据采集系统中的电源滤波、多片ADS1252的同步与转换数据的存储与解码和电路板的布局布线等关键技术问题的解决办法进行了叙述。24位数据采集系统中,系统的供电电源设计直接影响系统的性能指标,论文在查阅国内外大量的设计资料情况下,结合自己的实践经验,总结了一般高精度模数混合仪器仪表的电源设计方法、电源滤波电路和系统电路板布局。论文从理论上分析了CAN中继器原理与设计要求,设计了CAN中继器硬件,通过逻辑仿真说明了设计的可行性;论文提出PC机CAN接口适配器采用EPP/ECP协议通过并<WP=6>行打印口与PC机连接的设计思想,方便野外或室内接入便携计算机作为中心控制机、监控机或系统备份主机,设计了PC机CAN接口适配器的具体电路;而且详细分析了为PC机CAN接口适配器设计两路独立CAN接口的优点,为提高CAN网络通讯可靠性、提升速率奠定了硬件基础,并以实现24道浅层地震仪为例说明了在高速率通讯下如何应用双CAN接口延长通讯距离。软件是智能仪器系统至关重要的部分,本系统中的24位数据采集子站、PC机CAN接口适配器和上位PC机都具有独立微控制器,系统的通讯和数据采集等都是通过模块化编程实现的。论文分析了系统软件的结构,分别给出了数据采集子站节点、PC机CAN接口适配器和上位PC机的软件流程,就其中的A/D驱动、数据格式转换和EPP协议通讯等难点给出了具体的C语言参考程序。在数据的同步采集、上传和总线故障诊断等简单操作,上位PC机以广播方式下传采样控制参数,子站数据采集单元通过总线竞争上传采样数据,子站节点单片机接收来自总线广播的控制参数(包括采样同步信号),应答上位机的数据上传请求和故障报警等方面,论文作出了说明,为系统软件部分提出了改进意见。论文就24位数据采集子站的调试和测试方法方面进行研究,说明了对软、硬件结合的系统一般的调试步骤,给出了对24位系统信噪比测试的间接解决办法和两种24位数据采集子站采样精度的具体测试结果。两种24位数据采集子站分别在“顶煤厚度测试仪”、“频谱测地仪”中得到初步应用。论文结合这两种仪器的设计指标要求、仪器硬件结构、控制软件流程等,进行了设计说明,同时给出了这两种仪器的室内模拟测试和室外测试的结果。由于条件和时间等方面的限制,该系统的CAN总线部分只是完成了理论分析与电路设计,没有进行实际测试;但是本数据采集系统的核心 —— 24位数据采集子站已经实现,取得了较好的测试指标,并已经在不同的仪器研制项目中得到了使用。论文在总结的基础上,对系统的难点和不足之处做出了具体的分析,为系统的改进和完善提出了切合实际的建议。