can总线的智能电机管理模块设计【字数：14823】
摘 要21世纪以来，由于航运事业的蓬勃发展，对船舶电机管理的自动化要求也越来越高。在这个背景下，可靠性突出的分布式控制系统开始崭露头角。而作为总线技术中广泛使用的CAN总线开始在船舶电机管理分布式控制技术中广泛使用。本课题研究依托现场总线技术和微处理器技术，优化了船舶电机管理方式，提高了电机管理的自动化、网络化、信息化水平。该系统在总体方面采用了集中管理，分散控制的模式；在智能管理方面采用计算机平台技术；在通讯方式上采用了CAN总线通讯技术，将系统管理的电机通过通讯总线连接，从而实现远程起动、停止、保护、运行参数监测顺序起动等功能，操作人员能够通过计算机控制电机，观测运行状态，快速定位故障地点，减少人员工作量，降低了故障维修时间。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究现状及研究意义 1
1.2 课题的主要研究内容 1
1.3 论文章节安排 2
2 管理模块介绍 3
2.1 模块的功能特点 3
2.2 相关硬件参数 3
2.3 功能描述 3
2.4 接口说明 5
2.5 通讯协议 6
2.6 本章小结 10
3 系统的硬件设计 11
3.1 总体框图 11
3.2 硬件介绍 12
3.2.1 PIC18F45K80 12
3.2.2 CTM1051 13
3.2.3 TLP121 14
3.2.4 OP07 15
3.3 原理图 15
3.3.1 中央处理模块 15
3.3.2 输入电源 17
3.3.3 输入信号 17
3.3.4 继电器输出 18
3.3.5 电流采集 19
3.3.6 CAN通信 19
3.3.7 状态指示灯 20
3.4 本章小结 20
4 系统软件设计 21
4.1 程序流程图 21
4.2 MPLAB IDE介绍 22
4.3 程序 23
4.4 本章小结 30
5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
系统调试与结果 31
5.1 系统调试结果 31
5.2 调试过程中遇到的问题 38
5.3本章小结 39
6 总结与展望 40
6.1 总结 40
6.2 展望 40
6.3 对环境及社会的可持续性发展 40
参考文献 41
致谢 42
1 绪论
1.1 课题的研究现状及研究意义
21世纪以来，随着现代科技的快速发展，我国各行各业不断蓬勃壮大，在船舶行业中，对于船舶电气网络化、信息化、智能化要求越来越高。而对智能电机控制在船舶电力系统、辅机装置等系统中起着相当重要的作用。现代船舶上的电机种类各异、位置分散、起动方式多样。因此，舰船电机集中管理系统则是顺应当今船舶网络化、信息化、智能化的发展趋势。
舰船上的电机普遍是会采用起动器实现起动、终止和保护。目前舰船上起动器的布置通常有两种方式，一种是分散就近布置于各舱室电机旁，一种是采用组合起动屏的形式，操作人员在组合起动屏上对电机进行操作。在完成船舶电气化、自动化任务的同时，也带来了管理方面的问题，这两种方式各有缺点。分散布置的起动器在于分散布置后，操作人员要通过遥控按钮盒或者直接往返各舱室来控制电机，不方便实时观察电机的运行状态。采用组合起动屏的形式虽然能够解决分散布置不便管理的缺点，但采用组合起动屏需要将各电机的馈线电缆通过组合起动屏引出，浪费了大量的电缆，增加了电缆敷设的工作量。
而采取现场总线实现船舶上电机的分散布置、集中管理。只需通过一根网络线连接，就能实现真正意义上的集中控制，除了可以集中控制电机的起动停止外，还可以全过程监视电机的相关运行参数，从而方便船厂设备布置，及缩短停机维护时间。
1.2 课题的主要研究内容
本课题研究的主要是基于CAN总线设计智能电机管理模块，以工业级单片微型控制芯片为核心，配套外围数字量输入/输出电路、模拟量采集电路、电源转换电路、信号隔离电路、通信接口电路等硬件外围电路，采用C语言程序为软件开发平台MPLAB IDE实现基于CAN总线通讯的方式达到软件与硬件的结合，采用ZLG CANTEST软件平台显示智能电机管理模块模拟采集到的电机各种运行信号，包括电源、正转、远程/本地、反转、过载等数字量信号，三相电流信号（A相、B相、C相）模拟量信号，模拟实现对电机的远程控制及保护等功能。
1.3 论文章节安排
本论文共分为六章，具体章节内容如下：
第一章：绪论。主要介绍了该课题所涉及到的研究背景，智能电机模块在实际生产中的应用和发展前景，此外还讲述了本课题的主要的研究内容。
第二章：管理模块介绍。主要介绍了整个智能电机管理模块，以及模块接口的安排、CAN总线通讯协议等。
第三章：系统的硬件设计。主要介绍了本课题在设计中用到的相关硬件的选型、原理图等。
第四章：系统的软件设计。主要为程序的流程图；运用到的一些软件MPLAB IDE以及CANTest的一些介绍；一些重点程序的分析。
第五章：系统的调试与结果。主要展示了系统的调试与结果以及在调试过程中遇到的问题及相应的解决方案。
第六章：总结与展望。主要是对该研究课题的总结以及对未来发展的展望。
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目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究现状及研究意义 1
1.2 课题的主要研究内容 1
1.3 论文章节安排 2
2 管理模块介绍 3
2.1 模块的功能特点 3
2.2 相关硬件参数 3
2.3 功能描述 3
2.4 接口说明 5
2.5 通讯协议 6
2.6 本章小结 10
3 系统的硬件设计 11
3.1 总体框图 11
3.2 硬件介绍 12
3.2.1 PIC18F45K80 12
3.2.2 CTM1051 13
3.2.3 TLP121 14
3.2.4 OP07 15
3.3 原理图 15
3.3.1 中央处理模块 15
3.3.2 输入电源 17
3.3.3 输入信号 17
3.3.4 继电器输出 18
3.3.5 电流采集 19
3.3.6 CAN通信 19
3.3.7 状态指示灯 20
3.4 本章小结 20
4 系统软件设计 21
4.1 程序流程图 21
4.2 MPLAB IDE介绍 22
4.3 程序 23
4.4 本章小结 30
5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
系统调试与结果 31
5.1 系统调试结果 31
5.2 调试过程中遇到的问题 38
5.3本章小结 39
6 总结与展望 40
6.1 总结 40
6.2 展望 40
6.3 对环境及社会的可持续性发展 40
参考文献 41
致谢 42
1 绪论
1.1 课题的研究现状及研究意义
21世纪以来，随着现代科技的快速发展，我国各行各业不断蓬勃壮大，在船舶行业中，对于船舶电气网络化、信息化、智能化要求越来越高。而对智能电机控制在船舶电力系统、辅机装置等系统中起着相当重要的作用。现代船舶上的电机种类各异、位置分散、起动方式多样。因此，舰船电机集中管理系统则是顺应当今船舶网络化、信息化、智能化的发展趋势。
舰船上的电机普遍是会采用起动器实现起动、终止和保护。目前舰船上起动器的布置通常有两种方式，一种是分散就近布置于各舱室电机旁，一种是采用组合起动屏的形式，操作人员在组合起动屏上对电机进行操作。在完成船舶电气化、自动化任务的同时，也带来了管理方面的问题，这两种方式各有缺点。分散布置的起动器在于分散布置后，操作人员要通过遥控按钮盒或者直接往返各舱室来控制电机，不方便实时观察电机的运行状态。采用组合起动屏的形式虽然能够解决分散布置不便管理的缺点，但采用组合起动屏需要将各电机的馈线电缆通过组合起动屏引出，浪费了大量的电缆，增加了电缆敷设的工作量。
而采取现场总线实现船舶上电机的分散布置、集中管理。只需通过一根网络线连接，就能实现真正意义上的集中控制，除了可以集中控制电机的起动停止外，还可以全过程监视电机的相关运行参数，从而方便船厂设备布置，及缩短停机维护时间。
1.2 课题的主要研究内容
本课题研究的主要是基于CAN总线设计智能电机管理模块，以工业级单片微型控制芯片为核心，配套外围数字量输入/输出电路、模拟量采集电路、电源转换电路、信号隔离电路、通信接口电路等硬件外围电路，采用C语言程序为软件开发平台MPLAB IDE实现基于CAN总线通讯的方式达到软件与硬件的结合，采用ZLG CANTEST软件平台显示智能电机管理模块模拟采集到的电机各种运行信号，包括电源、正转、远程/本地、反转、过载等数字量信号，三相电流信号（A相、B相、C相）模拟量信号，模拟实现对电机的远程控制及保护等功能。
1.3 论文章节安排
本论文共分为六章，具体章节内容如下：
第一章：绪论。主要介绍了该课题所涉及到的研究背景，智能电机模块在实际生产中的应用和发展前景，此外还讲述了本课题的主要的研究内容。
第二章：管理模块介绍。主要介绍了整个智能电机管理模块，以及模块接口的安排、CAN总线通讯协议等。
第三章：系统的硬件设计。主要介绍了本课题在设计中用到的相关硬件的选型、原理图等。
第四章：系统的软件设计。主要为程序的流程图；运用到的一些软件MPLAB IDE以及CANTest的一些介绍；一些重点程序的分析。
第五章：系统的调试与结果。主要展示了系统的调试与结果以及在调试过程中遇到的问题及相应的解决方案。
第六章：总结与展望。主要是对该研究课题的总结以及对未来发展的展望。
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