基于CAN总线的温度测量系统.doc

[摘要]控制器局域网属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制的串行通讯网络，被公认是最有前途的总线之一。本文基于CAN总线设计了一种新型智能温度测量系统，硬件电路由微处理器、CAN控制器、测温芯片DS18B20、LCD、键盘、复位电路、蜂鸣器等几部分组成单片机AT89C51是硬件电路的核心承担CAN控制器的初始化、数据收发控制等任务；CAN总线控制器用于同上位机进行远程通讯，能够独立完成CAN总线上数据的接收和发送工作。温度测控模块是系统构成的基础与关键，它直接与温度采集机构相连接，实现对温度的检测与控制。DS18B20芯片用于检测和发送温度数据，通过CAN控制器同上位机进行远程通信，能够独立完成CAN总线上数据的接受和发送工作。该系统通信单元可实现CAN报文的一点到多点的接收和发送，报文可以是单帧或多帧的，标准或扩展的数据帧或远程帧。实验证明，该系统精度高，可靠性好，结构简单，成本低，适用范围内可取代传统测温系统。 [关键词]CAN控制器；DS18B20；AT89C51；LCD 目录 前言 Ⅷ 1 选题背景 1 1.1 国内外现状及研究的意义 1 1.2 CAN总线技术规范 2 2 方案论证 8 3 CAN总线温度测量系统的硬件设计 10 3.1 系统硬件的设计原理 10 3.1.1 温度传感器选用DS18B20 11 3.1.2 CAN控制器选用SJA1000 13 3.1.3 CAN收发器选用PCA82C250 14 3.1.4 单片机选用AT89C51 15 3.2 系统单元电路的设计 17 3.2.1 温度测量电路的设计 17 3.2.2 CAN总线的通信节点电路的设计 21 3.2.3 下位分机键盘接口电路的设计 23 3.2.4 下位分机LED的显示电路的设计 24 3.2.5 上位机LCD和键盘的电路设计 25 4 CAN总线温度测量系统的软件设计 27 4.1 温度采集系统的软件设计 28 4.2 CAN通讯节点的软件设计 29 4.2.1 CAN控制器SJA1000的初始化 29 4.2.2 CAN接收与发送数据程序 31 4.3 键盘接口电路的软件设计 33 4.4 LCD接口电路的软件设计 35 5 电路测试结果分析 41 5.1 系统软硬件的调试分析 41 5.1.1 CAN总线模块的调试 41 5.1.2 测温模块的调试 41 5.1.3 键盘及显示模块的调试 41 5.2 测试仪器 41 6 结束语 43 参考文献 44 致谢 46 附录 47 1 选题背景 1.1 国内外现状及研究的意义 在工农业生产、冶炼、锻造、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对温度进行测量及控制。准确测量温度对于生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的，有些场合控制过程复杂，测控点相距较远，不适合人工现场操作，因此为了保证温度测量的准确和实时，近年来广泛采用自动温度测量系统来代替人工进行温度测量。 早期的自动温度测量系统大多采用单片机或可编程控制器进行控制，存在人机界面差、扩展能力低、无统计查询管理功能等不足之处。随着工业生产的自动化和信息化程度的不断提高，这种简单的自动温度测控系统越来越难以满足现代工业生产的需要。所以尝试采用分布式结构的基于CAN总线的温度测量系统，该系统的温度测控模块不仅可以按照设定独立地进行温度测控，而且能够将分布在不同地点的温度测控模块通过CAN现场总线连接起来，接入PC机进行集中监控和管理。 CAN总线在组网和通信功能上的优点以及它的高性能价格比决定了它在许多领域都有广阔的应用前景和发展潜力。大型仪器设备系统复杂，对多种信息进行采集、处理、控制、输出等操作。如医疗器械CT断层扫描仪，为保证其可靠工作，在数据通信上要求功能块间可随意进行数据交换、通信能以广播方式进行、简单经济的硬件接口、通信线尽量少、抗干扰能力强、可靠性高并能自动进行故障识别和自动恢复。但是，这些要求长时间未能得到很好的解决，直至CAN总线技术出现才提供了一个较好的解决方法。测控系统中离不开传感器，由于各类传感器的工作原理不同，其最终输出的电量形式也各不相同，为了便于系统连接，通常要考虑将传感器的输出变换成标准电压或电流信号。即便是这样，在与计算机相连时，必须增加A/D环节。如果传感器能以数字形式输出，就可以方便地与计算机直接相连，从而简化系统结构，提高精度。这种传感器与计算机相连的总线可称为传感器总线。实际上传感器总线仍属于现场总线，关键的问题在于如何将总线接口与传感器一体化。在广泛的工业控制领域，CAN总线可作为现场设备级的现场总线，与其它总线相比，具有很高的可靠性和性价比。这必将是CAN技术开发应用的一个主要方向。在以往的国内测控领域，由于没有更好的选择，大多采用BITBUS或RS-4