摘 要：本設(shè)計(jì)采用基于CAN總線技術(shù)的檢測(cè)系統(tǒng)方案，通過(guò)STC89C52單片機(jī)為核心的單片機(jī)系統(tǒng)完成溫度數(shù)據(jù)的采集，實(shí)現(xiàn)智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)、傳輸、控制等具體要求，采用CAN總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可靠的傳輸。最后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)集中分析處理，實(shí)現(xiàn)溫度的查詢與實(shí)時(shí)顯示。

關(guān)鍵詞：CAN總線；溫度檢測(cè)；現(xiàn)場(chǎng)總線

1 概述

溫度檢測(cè)，是很多測(cè)量過(guò)程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，不僅僅要考慮溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性與可靠性，還應(yīng)該進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展而形成的先進(jìn)技術(shù)，其中，控制器局部網(wǎng)CAN（Controller Area Network）屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的一種，是有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)，具有優(yōu)先權(quán)和仲裁能力，可以將多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN控制器接到CAN總線上，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)，比普通的通信技術(shù)，具有更高的可靠性和實(shí)時(shí)性。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)型的溫度檢測(cè)系統(tǒng)，主要是由智能溫度采集節(jié)點(diǎn)、CAN總線、上位管理機(jī)三部分所構(gòu)成。智能溫度采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)多點(diǎn)溫度的采集，依靠CAN總線完成節(jié)點(diǎn)和上位管理機(jī)的通信。上位管理機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能節(jié)點(diǎn)的控制和監(jiān)控結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示。其網(wǎng)絡(luò)框架如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

3 CAN智能節(jié)點(diǎn)模塊硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的智能節(jié)點(diǎn)模塊硬件總體框圖如圖2所示

圖2 智能節(jié)點(diǎn)模塊硬件總體框圖

智能溫度采集節(jié)點(diǎn)采用結(jié)構(gòu)化的方法進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，按功能劃分成幾個(gè)子模塊。其中，系統(tǒng)電源模塊，負(fù)責(zé)提供+5V電源電壓；溫度采集模塊，主要負(fù)責(zé)多點(diǎn)溫度信息的采集；顯示模塊和報(bào)警模塊，負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)溫度的顯示和報(bào)警功能；CAN總線通信模塊，主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)和總線中其他節(jié)點(diǎn)之間的雙向通信。節(jié)點(diǎn)采集到的實(shí)時(shí)溫度通過(guò)CAN總線向上位管理機(jī)進(jìn)行傳輸。

（1）單片機(jī)。系統(tǒng)中，每個(gè)智能節(jié)點(diǎn)以STC89C52作為節(jié)點(diǎn)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的溫度監(jiān)視，STC89C52指令代碼和傳統(tǒng)的8051單片機(jī)完全兼容，最高支持80MHz時(shí)鐘頻率，有1個(gè)看門狗定時(shí)器（WDT）及4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。本設(shè)計(jì)采用了12M的時(shí)鐘頻率，用WDT保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。（2）溫度采集模塊。DS18B20數(shù)字式溫度傳感器是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線器件。工作原理是電橋一個(gè)橋臂使用對(duì)溫度敏感的傳感器制作而成，溫度變化，電阻阻值隨之改變，使得電橋失去平衡，從而有電壓輸出，達(dá)到溫度測(cè)量的效果。利用它組成的溫度測(cè)量系統(tǒng)連接線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛多個(gè)數(shù)字溫度計(jì)，應(yīng)用十分方便。（3）溫度顯示和報(bào)警模塊。單片機(jī)的P1口全部引腳和P2口部分引腳連接液晶LCD1602，采用液晶屏顯示測(cè)量的溫度值。另外，報(bào)警模塊在智能節(jié)點(diǎn)上由蜂鳴器充當(dāng)，在上位管理機(jī)中也設(shè)置報(bào)警窗口。（4）CAN通信模塊設(shè)計(jì)。CAN總線模塊主要完成CAN總線網(wǎng)絡(luò)與PC機(jī)之間的通信功能，由CAN總線控制器、CAN總線收發(fā)器及通信介質(zhì)組成。本系統(tǒng)在CAN總線通信接口中采用了PHILIPS公司的SJA1000和PCA82C250芯片，SJA1000是一種獨(dú)立CAN通信控制器。82C250為高性能CAN總線收發(fā)器，是CAN控制器和物理總線間的接口，提高對(duì)總線的驅(qū)動(dòng)發(fā)送能力、對(duì)CAN控制器的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力?？偩€上的某節(jié)點(diǎn)掉電不會(huì)影響總線，在40m內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速應(yīng)用可達(dá)1 Mbps，最多可掛110個(gè)節(jié)點(diǎn)。（5）系統(tǒng)電源模塊設(shè)計(jì)。智能節(jié)點(diǎn)電源電路提供+5V電源電壓。下位機(jī)節(jié)點(diǎn)和溫度測(cè)量電路由兩相電源線直接連到電源，經(jīng)過(guò)一個(gè)變壓器和全橋整流后，就變成了直流電流。電容器C1和C2過(guò)濾后，波形會(huì)變得更加順暢。然后經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓芯片7805，輸出+5 V電壓。本設(shè)計(jì)還采用了發(fā)光二極管，作為電源信號(hào)指示燈。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）采集模塊的軟件設(shè)計(jì)。首先，將DS18B20復(fù)位，使得控制器為至少480us的低電平信號(hào)。DS18B20接收該信號(hào)后，將被重置為15us-60us的后發(fā)出表示存在的脈沖。當(dāng)復(fù)位結(jié)束后，控制器會(huì)把一個(gè)單一的數(shù)據(jù)總線上拉，以接收存在脈沖，有一個(gè)為60us-240us脈沖的低電平信號(hào)。在這個(gè)時(shí)候，各方之間的溝通已達(dá)成基本協(xié)議，然后是DS18B20和控制器之間的數(shù)據(jù)通信。如果DS18B20溫度轉(zhuǎn)換命令被接收后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值被存儲(chǔ)在高速緩沖存儲(chǔ)器的第1和第2個(gè)字節(jié)的一個(gè)16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼格式。微控制器通過(guò)單總線接口來(lái)讀取數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)的時(shí)候低位要在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625℃/LSB形式表示。（2）CAN通信軟件設(shè)計(jì)。a. SJAl000數(shù)據(jù)發(fā)送程序設(shè)計(jì)。因?yàn)閳?bào)文的發(fā)送是由CAN控制器通過(guò)CAN協(xié)議規(guī)范而自動(dòng)完成的。所以首先把CPU將要發(fā)送的報(bào)文傳送給發(fā)送緩沖器中，并且置位命令寄存器中的發(fā)送請(qǐng)求標(biāo)志位。然后檢測(cè)發(fā)送是否完成。b. SJAl000接收數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)。CPU以一定的周期讀取CAN控制器的狀態(tài)寄存器，進(jìn)而檢查接收緩沖區(qū)的狀態(tài)標(biāo)志，指示是否接收到報(bào)文。如果接收緩沖區(qū)的狀態(tài)標(biāo)志為“空”時(shí)，表示沒有接收到報(bào)文；如果接收緩沖區(qū)狀態(tài)標(biāo)志為滿的時(shí)候，就說(shuō)明已經(jīng)接收一個(gè)或多個(gè)報(bào)文。此時(shí)CPU將從CAN控制器讀取出第一個(gè)報(bào)文，并且置位命令寄存器釋放接收緩沖區(qū)的標(biāo)志。（3） 上位管理機(jī)界面的設(shè)計(jì)。上位管理機(jī)由Visual Basic可視化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言開發(fā)監(jiān)視軟件界面。為了實(shí)現(xiàn)通信的程序，應(yīng)在VB開發(fā)環(huán)境下編譯一個(gè)控制通訊的窗體。采用通訊控件MSComm和兩個(gè)控制定時(shí)器控件。

5 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)是基于CAN總線技術(shù)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅能準(zhǔn)確顯示各測(cè)溫點(diǎn)的位置、溫度信息，還能夠控制各點(diǎn)的溫度采集。通過(guò)分析數(shù)據(jù)，得到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)溫度采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的網(wǎng)絡(luò)化。

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作者簡(jiǎn)介：丁愛華（1978，11-），女，江蘇海安人，副教授，碩士，研究方向?yàn)椋簾o(wú)線傳輸及傳感器技術(shù)理論與應(yīng)用。