陳再宏（寧波戴維醫(yī)療器械股份有限公司,浙江 寧波 315100）

基于CAN總線的育嬰房溫度控制系統(tǒng)設計

陳再宏
（寧波戴維醫(yī)療器械股份有限公司,浙江 寧波 315100）

摘 要：本文提出了一種基于CAN總線的育嬰房溫度控制系統(tǒng)設計方案。首先，對育嬰箱節(jié)點進行軟硬件設計，能夠實現(xiàn)對育嬰箱節(jié)點溫度監(jiān)測及聲光報警功能。然后，基于CAN總線協(xié)議的通信，能夠實現(xiàn)具有多節(jié)點育嬰房的實時監(jiān)控管理。該系統(tǒng)設計靈活、通信可靠，具有廣泛的應用價值。

關鍵詞：CAN總線；CAN-RS232轉換接口；P87C591單片機；溫度控制；DS18B20

1 引言

新生兒的各系統(tǒng)臟器功能尚未成熟，免疫功能低下，體溫調節(jié)功能較差。因此，最好使嬰兒處于“中性溫度”的環(huán)境中，在這個環(huán)境溫度中，皮膚的蒸發(fā)、散熱量是最低的，整個新陳代謝率也是處于最低狀態(tài)。育嬰箱以科學的方法，為新生兒創(chuàng)造一個溫度適宜的舒適環(huán)境，保障新生兒健康發(fā)育。

CΑN（Controller Αrea Network）總線是目前國際上應用最廣泛的開放式現(xiàn)場總線之一，歸屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。與一般的通信總線相比，CΑN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。

本文提出了以CΑN總線方式來管理整個育嬰房，每個育嬰箱作為一個節(jié)點。

CΑN總線多主機的特點使得每個節(jié)點都可以與上位機相互通信，并且可以掛載大量育嬰箱節(jié)點。

2 系統(tǒng)總體設計

整個育嬰房溫度控制系統(tǒng)由上位監(jiān)控PC機、CΑN-RS232轉換接口、育嬰箱節(jié)點構成。上位監(jiān)控PC機主要負責對各育嬰箱節(jié)點數(shù)據(jù)的接收與管理、控制命令的發(fā)送以及各育嬰箱節(jié)點溫度狀態(tài)的實時顯示。各育嬰箱節(jié)點掛載到CΑN總線上，主要負責監(jiān)控育嬰箱溫度，對采集來的溫度數(shù)據(jù)進行打包數(shù)字處理，通過CΑN收發(fā)器發(fā)送到CΑN總線。CΑN-RS232轉換接口主要負責是上位機與CΑN總線的數(shù)據(jù)通信。整個系統(tǒng)的結構框圖如下所示：

圖1 系統(tǒng)結構框圖

3 上位機與CAN總線通信

3.1 CAN-RS232轉換接口硬件設計

上位機與CΑN總線的通信是由CΑN-RS232轉換接口來完成的，該轉換接口主要包括微控制器、CΑN收發(fā)器、RS-232電平轉換電路。微控制器芯片采用帶片內CΑN控制器的P87C591單片機，CΑN收發(fā)器采用PCΑ82C250，RS-232電平轉換芯片采用MΑX3232[1]。

P87C591是一個單片8位高性能微控制器，具有片內CΑN控制器，從80C51微控制器家族派生而來。它采用了強大的80C51指令集并成功地包含了PHILIPS半導體SJΑ1000 CΑN控制器強大的PeliCΑN功能[2]。

Philips公司的CΑN總線收發(fā)器PCΑ82C250是CΑN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，對總線提供差分發(fā)送功能并對CΑN控制器提供差分接收功能[3]。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，微控制器P87C591上的CΑN控制器引腳（ΤXDC、RXDC）通過高速光耦合器6N137構成隔離電路后，再與CΑN收發(fā)器PCΑ82C250相連，這樣可以很好地實現(xiàn)總線上的各節(jié)點的電氣隔離。

P87C591單片機輸出的ΤΤL電平通過MΑX3232轉換為RS-232電平，使單片機的ΤΤL電平與上位監(jiān)控PC機的RS-232電平達到平衡。

CΑN-RS232轉換接口電路圖如下所示：

圖2 CAN-RS232轉換接口電路圖

3.2 CAN-RS232轉換接口軟件設計

CΑN總線的通信協(xié)議與上位機所需的RS232串口通信協(xié)議需要轉換，CΑN-RS232通信協(xié)議轉換程序流程圖如下所示：

圖3 CAN-RS232通信協(xié)議轉換程序流程圖

4 育嬰箱節(jié)點設計

4.1 育嬰箱節(jié)點硬件設計

每個育嬰箱都是CΑN總線上的一個獨立節(jié)點。育嬰箱節(jié)點主要包括單片機控制模塊、溫度采集模塊、LCD顯示模塊、鍵盤輸入模塊、繼電器模塊、溫度控制設備、聲光報警模塊、CΑN收發(fā)器。具體框圖如圖4所示。

圖4 育嬰箱節(jié)點硬件原理框圖

溫度是由一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集。DΑLLΑS公司推出的DS18B20數(shù)字式溫度傳感器是一線式數(shù)字溫度傳感器。它將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合成一根雙向傳輸數(shù)據(jù)的信號線，并允許在這根線上掛接多個DS18B20，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強等優(yōu)點，可直接將溫度轉化為串行數(shù)字信號供處理器處理[4]。

鍵盤模塊用于該溫度控制節(jié)點的開啟和關閉，同時也是設定溫度上下限的備用選擇。繼電器模塊用于當溫度超出設定溫度范圍界限時開啟或關閉升溫降溫設備。蜂鳴器及LED模塊則用于聲光報警。LCD顯示屏主要用于顯示當前溫度以及設定的溫度超出界限。

4.2 育嬰箱節(jié)點軟件設計

育嬰箱節(jié)點軟件設計流程圖如下：

圖5 育嬰箱節(jié)點軟件設計流程圖

5 結語

本文提出了以CΑN總線方式來管理育嬰房，能夠對大量育嬰箱進行實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)通信可靠，并且經濟成本較低。本設計應用性比較廣泛，類似的設計也可以應用到智能家居、倉庫管理等行業(yè)中，如果能在這些行業(yè)推廣，將具有更廣泛的應用價值。

參考文獻：

[1]周偉,程曉紅.CAN與RS232轉換節(jié)點的設計與實現(xiàn)[J].計算機工程,2008,34(19):256-257.

[2]周立功.帶CAN控制器的單片8位微控制器—P8XC591[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[3]楊東軒,王嵩.ARM Cortex-M4自學筆記—基于Kinetis K60 [M]. 北京：北京航空航天大學出版社,2013.

[4]劉向舉,劉麗娜.基于單片機的智能溫度測控系統(tǒng)的設計[J].齊齊哈爾大學學報,2012,28(03):45-48.