《基于CAN的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測電路硬件設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化畢業(yè)論文》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于CAN的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測電路硬件設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化畢業(yè)論文（36頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)作作 者者:張光鴻學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)：0810190246學(xué)院學(xué)院(系系):自動(dòng)化專專 業(yè)業(yè):電氣工程及其自動(dòng)化題題 目目:基于 CAN 的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)- - - - 檢 測 電 路 硬 件 設(shè)計(jì)指導(dǎo)者：指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評閱者：評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 年 月胡戍方畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)說說明明書書（論論文文）中中文文摘摘要要CAN 總線是一種多主方式的串行通訊協(xié)議，以其高比特率、高抗電磁干擾性、高實(shí)時(shí)性，在汽車工業(yè)、航空工業(yè)和工業(yè)控制等對數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求較高的領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)采用 Cygnal 公司的 c8

2、051f040 單片機(jī)作為主控芯片，基于 CAN 總線設(shè)計(jì)、基于 DS18B20 溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)檢測。設(shè)計(jì)過程主要由溫度傳感器 DS18B20 采集數(shù)據(jù)通過總線傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)處理并顯示。本設(shè)計(jì)測量溫度的精度為0.5，測量范圍-5080，系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間小于 1 秒?？傮w來說，本設(shè)計(jì)的檢測范圍較廣、穩(wěn)定性和精度較高、設(shè)備簡易、性價(jià)比高，很好的實(shí)現(xiàn)了對環(huán)境溫的實(shí)時(shí)檢測。關(guān)鍵詞 CAN 總線 C8051F040 DS18B20 傳感器 TJA1050畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)說說明明書書（論論文文）外外文文摘摘要要TitleTitle The hardware circuit Based

3、on CAN temperature detection system AbstractAbstractCAN Bus is a multimaster way of serial communication protoco, has high bit rate, high resistance to electromagnetic interference and supports realtime control with a very high level. Therefore, CAN bus have been widely used in the automobile indust

4、ry, aviation industry and industrial control fields which require high level of realtime. This design uses Cygnals C8051F040microcontroller as the main control chip, based on the CAN bus design, based on the DS18B20 temperature sensor to realize the real-time environment temperature and humidity det

5、ection. The design process mainly consists of temperature sensor DS18B20data transfer through the bus to the microcontroller, SCM processing and display. The design of temperature measuring precision of plus or minus 0.5 DEG C, measuring range -50to 80 DEG C, system response time of less than 1 seco

6、nd.In general, the system has wider temperature and humidity measurements scope, higher stability and precision, simple equipment and higher performance-price ratio. It is very good to have realized the realtime detection for the environment.Keywords CAN bus C8051F040 DS18B20 TJA1050目 錄1 1 引言引言1.1 選

7、題背景與依據(jù).71.1.1 選題背景 .71.1.2 發(fā)展及現(xiàn)狀 .71.1.3 選題意義 .81.2 系統(tǒng)綜述.91.2.1 系統(tǒng)工作過程 .91.2.2 系統(tǒng)總體構(gòu)成 .92 2 系統(tǒng)原理介紹系統(tǒng)原理介紹2.1 CAN 總線協(xié)議和工作原理 .112.1.1 CAN 總線的特性.112.1.2 CAN 的報(bào)文格式.112.1.3 CAN 的兩種存在形式.122.1.4 CAN 的可靠性分析.122.2 傳感器原理.13 3 3 系統(tǒng)方案選擇和電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案選擇和電路設(shè)計(jì)3.1 各模塊方案的選擇.163.1.1 系統(tǒng)微控制器的選擇 .163.1.2 傳感器的選擇 .173.1.3 通訊模塊總

8、線的選擇 .173.1.4 顯示模塊的選擇 .183.1.5 CAN 收發(fā)器的選擇.193.2 溫度采集模塊電路設(shè)計(jì).193.3 顯示模塊電路設(shè)計(jì).203.3.1 溫度顯示電路設(shè)計(jì) .203.2 CAN 收發(fā)器外圍電路設(shè)計(jì) .223.3 電源模塊電路設(shè)計(jì).233.4 JTAG 接口電路設(shè)計(jì) .243.5 系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì).253.6 系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì).263.7 系統(tǒng)報(bào)警電路設(shè)計(jì).274 4 軟件軟件4.1 溫度采集.284.2 CAN 通信 .29結(jié)論 .3232致謝 .3333參考文獻(xiàn) .3434附錄 1 .3535附錄 2 .3636附錄 3 .37371 1 引言引言控制器局域網(wǎng)(CA

9、N)是 Bosch 公司提出的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它的模型結(jié)構(gòu)包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，信號(hào)傳輸介質(zhì)是雙絞線，通信速率最高 1 Mbs，直接傳輸距離最遠(yuǎn) 10 km，每條總線可掛接設(shè)備多達(dá) 110 個(gè)，特別適用于實(shí)時(shí)性要求很高的網(wǎng)絡(luò)。由于通信速率高、開放性好、報(bào)文短，糾錯(cuò)能力和擴(kuò)展能力強(qiáng)以及控制簡單、應(yīng)用成本低等優(yōu)點(diǎn)CAN 總線已被應(yīng)用到眾多的工業(yè)過程監(jiān)控領(lǐng)域，是公認(rèn)最有前途的現(xiàn)場總線之一【1】。 隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個(gè)分支，并取得了巨大進(jìn)步。由于對系統(tǒng)可靠性和靈活性的高要求，工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為：

10、控制面向多元化，系統(tǒng)面向分散化，即負(fù)載分散、功能分散、危險(xiǎn)分散和地域分散。分散式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應(yīng)這種需要而發(fā)展起來的。這類系統(tǒng)是以微型機(jī)為核心，將 5C 技術(shù)-COMPUTER（計(jì)算機(jī)技術(shù)） 、CONTROL（自動(dòng)控制技術(shù)） 、COMMUNICATION（通信技術(shù)） 、CRT（顯示技術(shù)）和 CHANGE（轉(zhuǎn)換技術(shù)）緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它在適應(yīng)范圍、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性以及抗故障能力等方面，較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備、接口與計(jì)算設(shè)備以及通信設(shè)備組成。現(xiàn)場總線（FIELDBUS）能同時(shí)滿足過程控制和制造業(yè)自動(dòng)化的需要，因而現(xiàn)場總線

11、已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域中最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)場總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點(diǎn)。盡管目前對現(xiàn)場總線的研究尚未能提出一個(gè)完善的標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)場總線的高性能價(jià)格比將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用。同時(shí)，正由于現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，也使得現(xiàn)場總線的應(yīng)用得。由于 CAN 為愈來愈多不同領(lǐng)域采用和推廣，導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)化。為此，1991 年 9 月 PHILIPS SEMICONDUCTORS 制訂并發(fā)布了 CAN 技術(shù)規(guī)范（VERSION2.0） 。該技術(shù)規(guī)范包括 A 和 B 兩部分。2.0A 給出了曾在 CAN 技術(shù)規(guī)范版本 1.2 中定義的 CAN報(bào)文格式，而 2.0B 給

12、出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式。此后，1993 年 11 月 ISO 正式頒布了道路交通運(yùn)載工具-數(shù)字信息交換-高速通信控制器局部網(wǎng)（CAN）國際標(biāo)準(zhǔn)。1 1 選題背景與依據(jù)選題背景與依據(jù)1.1.1 選題背景 在 80 年代末 CAN 最初出現(xiàn)在汽車工業(yè)中，是由德國的 Bosch 公司最先提出。當(dāng)時(shí)，由于消費(fèi)者對于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實(shí)現(xiàn)大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來越復(fù)雜，同時(shí)意味著需要更多的連接信號(hào)線。提出 CAN 總線的最初動(dòng)機(jī)就是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號(hào)線。于是，他們設(shè)計(jì)了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件

13、可以被掛接在該總線上。1993 年，CAN 已成為國際標(biāo)準(zhǔn) ISO11898(高速應(yīng)用)和 ISO11519（低速應(yīng)用） 。CAN 是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的比特率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。由于 CAN 總線具有很高的實(shí)時(shí)性能，因此，CAN已經(jīng)在 汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。溫度檢測系統(tǒng)的應(yīng)用前景寬廣，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，科學(xué)研究，生活等領(lǐng)域都離不開溫度控制系統(tǒng)。比如農(nóng)業(yè)上要求能夠?qū)崿F(xiàn)智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理得利用溫度檢測系統(tǒng)；要實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；c自動(dòng)化，讓被養(yǎng)殖的動(dòng)物在他們適宜的溫度下生長，這對養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大起著十分

14、重要的作用；糧食的儲(chǔ)存也需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以防止糧食的變質(zhì)；在科學(xué)研究方面，溫度檢測系統(tǒng)能夠保證溫度的恒定或者變化，適應(yīng)與科學(xué)的研究，排除或者考察溫度對某項(xiàng)研究起到的作用。1.1.2 發(fā)展及現(xiàn)狀CAN 總線在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點(diǎn)，以及它的高性價(jià)比決定了它在許多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。大型儀器設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，需要對多種信息進(jìn)行采集、處理、控制、輸出等操作。如醫(yī)療器械 CT 斷層掃描儀，為保證其可靠工作，在數(shù)據(jù)通信上要求功能塊間可隨意進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、通信能以廣播方式進(jìn)行、簡單經(jīng)濟(jì)的硬件接口、通信線盡量少、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高并能自動(dòng)進(jìn)行故障識(shí)別和自動(dòng)恢復(fù)。但是，這些要求長時(shí)間未能

15、得到很好的解決，直至 CAN 總線技術(shù)出現(xiàn)才提供了一個(gè)較好的解決方法。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進(jìn)行測量和控制。準(zhǔn)確測量溫度對于生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)更是至關(guān)重要的。目前，溫度測量領(lǐng)域的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，新產(chǎn)品也層出不窮。主要表現(xiàn)在以下兩方面：1、溫度傳感器正從分立組件向集成化、智能化、系統(tǒng)化的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件；2、在溫度測量系統(tǒng)中普遍采用線性化處理、自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)刃录夹g(shù)。隨著信息時(shí)代的到來，數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)也得到了顯著的發(fā)展?，F(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和

16、信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。1.1.3 選題意義在以往的國內(nèi)測控領(lǐng)域，在總線選擇上，大多采用 BITBUS 或 RS-485 作為通信總線。其不足主要有：只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn),主節(jié)點(diǎn)一旦出現(xiàn)故障就可能引起系統(tǒng)癱瘓；數(shù)據(jù)通信為命令響應(yīng)，傳輸率低；錯(cuò)誤處理能力弱。采用 CAN 總線技術(shù)后即可解決上述問題。CAN 網(wǎng)絡(luò)上任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可作為主節(jié)點(diǎn)主動(dòng)地與其它節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)；CAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息幀可以分出優(yōu)先級(jí)，這對于有實(shí)時(shí)性要求的控制提供了方便；CAN 的物理層及數(shù)據(jù)鏈路層有獨(dú)特的設(shè)計(jì)技術(shù)，

17、使其在抗干擾以及錯(cuò)誤檢測等方面的性能均大大提高。CAN 的上述特點(diǎn)使其成為諸多工業(yè)測控領(lǐng)域中首選的現(xiàn)場總線之一。溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用前景寬廣，廣泛應(yīng)用于農(nóng)、林、牧、副、漁和工業(yè)生產(chǎn)的控制中，如各種倉庫（ 冷庫、保鮮庫、糧庫等） 、各種日光溫室、大棚、機(jī)房、圖書館、食品加工（酒、醬油、醋及各種發(fā)酵工藝）孵化、養(yǎng)殖業(yè)等需要溫濕度監(jiān)測和控制的場所等等，產(chǎn)品應(yīng)用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)，智能程度高、數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，它除了可單獨(dú)控制各種設(shè)備進(jìn)行溫度控制或報(bào)警外，還可通過擴(kuò)展接口進(jìn)行其他設(shè)備的實(shí)時(shí)控制和遠(yuǎn)程控制。配合計(jì)算機(jī)可組成綜合環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)。數(shù)據(jù)可通過總線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行記錄或打印、遙控。溫度自動(dòng)化控制器與計(jì)算

18、機(jī)連接，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)遠(yuǎn)距離通訊。計(jì)算機(jī)通過系統(tǒng)監(jiān)控軟件提供溫度自動(dòng)化控制器和整個(gè)系統(tǒng)的交互功能，以及通過數(shù)據(jù)通訊線路與現(xiàn)場控制機(jī)的交互功能?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分通過各種傳感器分別對各種環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、不斷的自動(dòng)收集?，F(xiàn)場控制機(jī)通過傳感器收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集各種資料，由現(xiàn)場監(jiān)控軟件進(jìn)行處理并進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過程中選擇合適的芯片是 CAN 總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。它必須能適應(yīng)各類復(fù)雜監(jiān)控系統(tǒng)的要求，如實(shí)時(shí)性、低功耗、快速數(shù)據(jù)處理、集成數(shù)模外設(shè)功能、集成 CAN 總線接口還應(yīng)該集成充足的 Flash 或RAM 供程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以簡化電路，提高系統(tǒng)的可靠性。因此我最終最終選擇了 Sili

19、con Laboratories 的 C8051F 這一系列高性能 8 位單片機(jī)。C8051F 系列單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片(SOC)，具有與 MCS-51 完全兼容的指令內(nèi)核。由于采用了流水線處理技術(shù)不再區(qū)分時(shí)鐘周期和機(jī)器周期，大大提高了指令執(zhí)行效率，使其處理速度不遜于許多 16 位單片機(jī)(如 DSP2407)。在低功耗的同時(shí)它還擁有著控制系統(tǒng)所需的豐富模擬、數(shù)字外設(shè)，大量的外設(shè)功能接口，通過交叉開關(guān)分配到 64 個(gè) IO 引腳，這一獨(dú)創(chuàng)性設(shè)計(jì)使得芯片集成度大大增高。此外，C8051F 還采用了 Flash ROM 技術(shù)，集成了 JTAG，實(shí)現(xiàn)了真正的在線編程和片上調(diào)試【5】。其

20、中 C8051F040 內(nèi)集成了完全支持 CAN20A 和 CAN20B 的 CAN 控制器，獨(dú)立的消息 RAM 可以處理 32 條消息對象，每個(gè)消息對象都可以進(jìn)行發(fā)送和接收濾波，最高工作速率達(dá)到 1Mbs，能夠完成 CAN 總線協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的所有功能”其中 CAN 總線的競爭處理、CPU 接口、同步、數(shù)據(jù)的一貫性以及連續(xù)性保證，都是由硬件來解決，CPU 因此得以騰出大量的精力來處理其他的用戶功能。我們選用 c8051f040 單片機(jī)微處理器來完成這次的溫度檢測系統(tǒng)，Cygnal 公司的 51 系列單片機(jī) C8051F040 是集成在一塊芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，在一個(gè)芯片內(nèi)集成

21、了構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控制的智能節(jié)點(diǎn)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)以及其他功能部件，代表了目前 8位單片機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。芯片上有 1 個(gè) 12 位多通道 ADC，2 個(gè) 12 位DAC，2 個(gè)電壓比較器，1 個(gè)電壓基準(zhǔn)，1 個(gè) 32kB 的 FLASH 存儲(chǔ)器，與MCS51 指令集完全兼容的高速 CIP51 內(nèi)核，峰值速度可達(dá) 25MIPS，并且還有硬件實(shí)現(xiàn)的 UART 串行接口和完全支持 CAN2.0A 和 CAN2.0B 的 CAN 控制器。選用這個(gè)芯片不僅能夠?qū)ξ业拇髮W(xué)四年的知識(shí)進(jìn)行一個(gè)總結(jié)運(yùn)用，而且能夠緊跟時(shí)代的發(fā)展脈搏，吸取最新鮮的知識(shí)體系。并且運(yùn)用 C8051F040 設(shè)

22、計(jì)出來的溫度控制系統(tǒng)有著較好的市場前景，順應(yīng)技術(shù)的發(fā)展。1.2 系統(tǒng)綜述1.2.1 系統(tǒng)工作過程系統(tǒng)主要工作過程為：首先溫度傳感器將采集到的數(shù)據(jù)通過總線傳送給從節(jié)點(diǎn)控制芯片，芯片在接收到數(shù)據(jù)以后將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、打包成為符合 CAN 協(xié)議的信息幀，然后使用 CAN 收發(fā)器將數(shù)據(jù)通過 CAN 總線發(fā)送給主控節(jié)點(diǎn)的主控制芯片。然后數(shù)據(jù)在主控芯片中被解包，提取有效信息。最后通過串口將數(shù)據(jù)傳回主機(jī)顯示，同時(shí)將數(shù)據(jù)送 LED 顯示當(dāng)前溫濕度。1.2.2 硬件系統(tǒng)總體構(gòu)成硬件系統(tǒng)由一個(gè)遠(yuǎn)程 PC 機(jī)、控制芯片、溫度傳感器和主要控制電路組成。主要控制電路包括：電源電路，JATG 電路，CAN 收發(fā)器電路，時(shí)鐘

23、電路，報(bào)警電路，顯示電路。從溫度傳感器對環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，采集到的數(shù)據(jù)通過總線傳給控制芯片，然后芯片對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別。根據(jù)規(guī)定的不同，如果是有效數(shù)據(jù)，那么將數(shù)據(jù)打包發(fā)送到 CAN 總線；如果數(shù)據(jù)無效，那么繼續(xù)等待有效數(shù)據(jù)。發(fā)送到 CAN 總線上的有效數(shù)據(jù)通過收發(fā)器被接收，然后對數(shù)據(jù)解包處理，提取有效數(shù)據(jù)。然后將提取出來的有效數(shù)據(jù)一方面通過設(shè)配卡和串口傳給 PC 機(jī)，PC機(jī)在接收到數(shù)據(jù)后，通過上位機(jī)程序把剛接收到的有效數(shù)據(jù)顯示在 PC 機(jī)的窗口中；另一方面有效數(shù)據(jù)通過主控芯片送 LED 顯示模塊，實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時(shí)顯示。從總體來說芯片就是數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站，是非常重要的。各控制節(jié)點(diǎn)通過 CAN

24、總線相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信。適配卡在接收到上位機(jī)發(fā)送的命令后，適配卡將接收到的數(shù)據(jù)通過 CAN 總線向受控節(jié)點(diǎn)以廣播方式發(fā)送出去，受控節(jié)點(diǎn)根據(jù)命令進(jìn)行相應(yīng)的響應(yīng)。 。其結(jié)構(gòu)如圖 1 圖 2 所示。CAN 通訊模塊C8051F040LED 顯示模塊串口通訊模塊溫濕度采集模塊圖 1控制節(jié)點(diǎn) 2圖 22 2 系統(tǒng)原理介紹系統(tǒng)原理介紹2.1 CAN 總線協(xié)議和工作原理2.1.1 CAN 總線的特性1、CAN 是到目前為止唯一有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。2、CAN 為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任一時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。3、在報(bào)文標(biāo)識(shí)符上，CAN 上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級(jí)，可

25、滿足不同的實(shí)時(shí)需要，優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)最多可在 134s 內(nèi)得到傳輸。4、CAN 采用非破壞總線仲裁技術(shù)。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息發(fā)生沖突時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)的退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況（以太網(wǎng)則可能） 。5、CAN 節(jié)點(diǎn)只需要通過對報(bào)文的標(biāo)識(shí)符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。6、CAN 的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km（速率 5kbps 以下） ；通信速率最CAN 總線PC 機(jī)控制節(jié)點(diǎn) N控制節(jié)點(diǎn) 1RS-232適配卡LED 顯示高可達(dá) 1M

26、bps（此時(shí)通信距離最長為 40m） 。7、CAN 上的節(jié)點(diǎn)數(shù)取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá) 110 個(gè)。在標(biāo)準(zhǔn)幀報(bào)文標(biāo)識(shí)符有 11 位，而在擴(kuò)展幀的報(bào)文標(biāo)識(shí)符（29 位）的個(gè)數(shù)幾乎不受限制。8、報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。9、CAN 的每幀信息都有 CRC 校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，具有極好的檢錯(cuò)效果。10、CAN 通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。11、CAN 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。2.1.2 CAN 的報(bào)文格式在總線中傳送的報(bào)文，每幀由 7 部分組成。CAN 協(xié)議支持兩種報(bào)文格式，其唯一的不

27、同是標(biāo)識(shí)符(ID)長度不同，標(biāo)準(zhǔn)格式為 11 位，擴(kuò)展格式為 29 位1。在標(biāo)準(zhǔn)格式中，報(bào)文的起始位稱為幀起始(SOF)，然后是由 11 位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請求位(RTR)組成的仲裁場。RTR 位標(biāo)明是數(shù)據(jù)幀還是請求幀，在請求幀中沒有數(shù)據(jù)字節(jié)?？刂茍霭?biāo)識(shí)符擴(kuò)展位(IDE)，指出是標(biāo)準(zhǔn)格式還是擴(kuò)展格式。它還包括一個(gè)保留位(ro)，為將來擴(kuò)展使用。它的最后四個(gè)字節(jié)用來指明數(shù)據(jù)場中數(shù)據(jù)的長度(DLC)。數(shù)據(jù)場范圍為 0 8 個(gè)字節(jié)，其后有一個(gè)檢測數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的循環(huán)冗余檢查(CRC)。應(yīng)答場(ACK)包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符。發(fā)送站發(fā)送的這兩位均為隱性電平(邏輯1)，這時(shí)正確接收報(bào)文的接收站發(fā)送主控電平

28、(邏輯0)覆蓋它。用這種方法，發(fā)送站可以保證網(wǎng)絡(luò)中至少有一個(gè)站能正確接收到報(bào)文。2.1.3 CAN 的兩種存在形式1、具有 11 位 ID 標(biāo)識(shí)符的 BasicCAN；2、帶有擴(kuò)展成 29 位 ID 標(biāo)識(shí)符的高級(jí)形式 PeliCAN。內(nèi)部的驗(yàn)收濾波器屏蔽濾波器可通過標(biāo)識(shí)符 ID 來接收需要的報(bào)文，屏蔽不相關(guān)的報(bào)文，即只向 CPU 提交合適的報(bào)文。Philips、Intel、Siemens 的 CAN 芯片均支持 BasicCAN 和 PeliCAN。同時(shí)，PeliCAN 協(xié)議允許兩段長度的標(biāo)識(shí)符。PeliCAN A 部分使用 11 位報(bào)文標(biāo)識(shí)符能夠識(shí)別出 2032 個(gè)不同的標(biāo)識(shí)符（保留十六位作

29、為 ID，但只有低 11 位有效） ，此部分兼容 BasicCAN。PeliCAN B 部分有 29 位能夠產(chǎn)生 536870912 個(gè)不同的標(biāo)識(shí)符。PART A 的設(shè)備只能用標(biāo)準(zhǔn)的 CAN 協(xié)議發(fā)送和接收。如果在 29 位 ID 的擴(kuò)展 CAN 系統(tǒng)中使用 PART A 的設(shè)備會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤并破壞網(wǎng)絡(luò)。SIEMENS 81C90和 81C91 是相類似的 PART A 11 位 ID 設(shè)備，但可在擴(kuò)展 CAN 上使用而不會(huì)引起總線錯(cuò)誤，原因很簡單：因?yàn)樗鼈兒雎粤藬U(kuò)展 CAN 幀而是被認(rèn)為是 PART B設(shè)備。PART B 設(shè)備的 PeliCAN 可根據(jù)設(shè)定工作于其中一種模式下。數(shù)據(jù)鏈路層定義了報(bào)

30、文傳輸?shù)母袷胶投〞r(shí)協(xié)議這里有兩種描述符都能達(dá)到8 字節(jié)的數(shù)據(jù)描述符是非常重要的因?yàn)樗鼈兌x了報(bào)文的優(yōu)先權(quán)以及報(bào)文傳輸?shù)念愋汀?.1.4 CAN 的可靠性分析為防止汽車在使用壽命期內(nèi)由于數(shù)據(jù)交換錯(cuò)誤而對司機(jī)造成危險(xiǎn)，汽車的安全系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全性。如果數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃宰銐蚋?，或者殘留下來的?shù)據(jù)錯(cuò)誤足夠低的話，這一目標(biāo)不難實(shí)現(xiàn)。從總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的角度看，可靠性可以理解為，對傳輸過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的識(shí)別能力。殘余數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的概率可以通過對數(shù)據(jù)傳輸可靠性的統(tǒng)計(jì)測量獲得。它描述了傳送數(shù)據(jù)被破壞和這種破壞不能被探測出來的概率。殘余數(shù)據(jù)錯(cuò)誤概率必須非常小，使其在系統(tǒng)整個(gè)壽命周期內(nèi)，按平均統(tǒng)計(jì)時(shí)幾乎檢

31、測不到。計(jì)算殘余錯(cuò)誤概率要求能夠?qū)?shù)據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行分類，并且數(shù)據(jù)傳輸路徑可由一模型描述。如果要確定 CAN 的殘余錯(cuò)誤概率，我們可將殘留錯(cuò)誤的概率作為具有 80 90位的報(bào)文傳送時(shí)位錯(cuò)誤概率的函數(shù)，并假定這個(gè)系統(tǒng)中有 5 10 個(gè)站，并且錯(cuò)誤率為 1/1000，那么最大位錯(cuò)誤概率為 10 13 數(shù)量級(jí)。例如，CAN 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率最大為 1Mbps，如果數(shù)據(jù)傳輸能力僅使用 50%，那么對于一個(gè)工作壽命 4000 小時(shí)、平均報(bào)文長度為 80 位的系統(tǒng)，所傳送的數(shù)據(jù)總量為 91010。在系統(tǒng)運(yùn)行壽命期內(nèi)，不可檢測的傳輸錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)平均小于數(shù)量級(jí)。換句話-210說，一個(gè)系統(tǒng)按每年 365 天，每天工作

32、8 小時(shí)，每秒錯(cuò)誤率為 0.7 計(jì)算，那么按統(tǒng)計(jì)平均，每 1000 年才會(huì)發(fā)生一個(gè)不可檢測的錯(cuò)誤。2.2 傳感器原理隨著信息時(shí)代的到來，數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)也得到了顯著的發(fā)展。現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首【7，8】。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。按照控制信號(hào)的形式分類又可以分成數(shù)字溫度傳感器和模擬溫

33、度傳感器兩類。例如AD590 是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為 330V，輸出電流 223A（-50）423A（+150） ，靈敏度為1A/。當(dāng)在電路中串接 采樣電阻 R 時(shí)，R 兩端的電壓可作為喻出電壓。注意 R 的阻值不能取得太大，以保證 AD590 兩端電壓不低于3V。AD590 輸出電流信號(hào)傳輸距離可達(dá)到 1km 以上。作為一種高阻電流源，最高可達(dá) 20M，所以它不必考慮選擇開關(guān)或 CMOS 多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的 誤差。適用于多點(diǎn)溫度測量和遠(yuǎn)距離溫度測量的控制。而 SMT16030 在 80 年代末期由 荷蘭代爾夫特理工大學(xué) 的實(shí)驗(yàn)室首先開發(fā)研制成功

34、，并由新成立的荷蘭 Smartec 公司對其進(jìn)行市場化。它采用硅工藝生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器，其采用PTAT 結(jié)構(gòu)，這種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有精確的，與溫度相關(guān)的良好輸出特性。 PTAT 的輸出通過占空比比較器調(diào)制成數(shù)字信號(hào)，占空比與溫度的關(guān)系如下式： DC=0.32+0.0047*t，t 為攝氏度。輸出數(shù)字信號(hào)故與微處理器MCU 兼容，通過處理器的高頻采樣可算出輸出電壓方波信號(hào)的占空比，即可得到溫度。該款溫度傳感器因其特殊工藝，分辨率優(yōu)于 0.005K。測量溫度范圍 -45 到 130，故廣泛被用于高精度場合 。第章第章 系統(tǒng)方案選擇與電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案選擇與電路設(shè)計(jì)3.1 各模塊方案的選擇 本設(shè)計(jì)各模

35、塊的選擇主要包括系統(tǒng)微控制器，傳感器的選擇，通訊模塊的選擇，CAN 收發(fā)器模塊選擇，顯示模塊選擇。3.1.1 系統(tǒng)微控制器的選擇方案一：選擇 51 單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片。51 單片機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的 8 位單片機(jī)，技術(shù)比較成熟、并且其編程簡單、易開發(fā)、成本低廉、功能也較為完善，因此被廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域和智能家電控制領(lǐng)域。方案二：選擇 Cygnal 公司的 51 系列單片機(jī) C8051F040，它是集成在一塊芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，在一個(gè)芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控制的智能節(jié)點(diǎn)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)以及其他功能部件，代表了目前 8 位單片機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

36、芯片上有 1 個(gè) 12 位多通道 ADC，2個(gè) 12 位 DAC，2 個(gè)電壓比較器，1 個(gè)電壓基準(zhǔn)，1 個(gè) 32kB 的 FLASH 存儲(chǔ)器，與 MCS51 指令集完全兼容的高速 CIP51 內(nèi)核，峰值速度可達(dá) 25MIPS，并且還有硬件實(shí)現(xiàn)的 UART 串行接口和完全支持 CAN2.0A 和 CAN2.0B 的 CAN控制器。C8051F040 是高度集成的混合信號(hào) SoC 級(jí)微控制器芯片，具有與 8051單片機(jī)兼容的高速 CIP-51 微控制器內(nèi)核，除了標(biāo)準(zhǔn) 8051 的數(shù)字外設(shè)部件外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)中常用的模擬部件及其它一些數(shù)字外設(shè)部件。通過比較這兩種方案，本設(shè)計(jì)最終選定

37、 C8051F040 單片機(jī)作為本溫度測量系統(tǒng)的微控制器，因?yàn)?C8051F040 單片機(jī)系統(tǒng)控制器的內(nèi)核采用 CIP-51 微控制器，它與 MCS-51 指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn) 803x/805x 匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。CIP-51 內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn) 8052 的所有外設(shè)部件，包括 5 個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、兩個(gè)全雙工 UART 串行接口、256 字節(jié)內(nèi)部 RAM、128 字節(jié)特殊功能寄存器（SFR）地址空間及 8 個(gè) 8 位寬的 I/O 端口。同時(shí) C8051F040 中除具有 4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 8051 端口 P0、P1、P2、P3 外，還附加了 4 個(gè)端口P4、P5、P6、

38、P7。這 64 個(gè)多功能的 I/O 端口每個(gè)引腳都可以被配置為漏極開路或推挽輸出方式，方便用戶使用6。 另外，可通過設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行總線、硬件中斷、ADC 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其它數(shù)字信號(hào)配置在端口 I/O 引腳。這一特性允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用選擇通用端口 I/O 和所需數(shù)字資源的組合。 ，這個(gè)芯片很適合本系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求，同時(shí)能大大的減化外圍功能電路的設(shè)計(jì)，縮短開發(fā)周期，節(jié)省外圍開發(fā)成本。3.1.2 傳感器的選擇方案一：采用獨(dú)立的溫度傳感器。經(jīng)過調(diào)查，溫度傳感器選用 Dallas 公司的可編程單線數(shù)字式溫度傳感器 DS18B2

39、0 實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度采集。該傳感器體積小,外形如普通三極管,其內(nèi)部集成有測溫傳感器及邏輯控制電路。DS18B20 的外圍電路簡單,成本低,測溫精度較高,可以設(shè)定 912 位的分辨率,精度為0.5,可以滿足一般應(yīng)用的要求。它還有很多優(yōu)點(diǎn),例如:直接輸出數(shù)字信號(hào),無需后續(xù)的信號(hào)處理及 A/D 轉(zhuǎn)換部分;單總線是指一根信號(hào)線上可以掛連多個(gè) DS18B20,可用于多點(diǎn)測量【9】。方案二：LM-PT100、LM-PT1000 是帶 LCD 顯示的熱電阻溫濕度傳感器，工作于-40+85( Link-Max 溫濕度傳感器 主機(jī)范圍，不是外接的傳感器范圍)工業(yè)級(jí)環(huán)境，采集溫度范圍為200+200，顯示精度 0.1

40、；綜合精度 0.3。將我們的熱電阻傳感器與我們的 RS485 中繼器，可將原來只能連接 32 個(gè) PT100、PT1000 熱電阻采集模塊連到同一網(wǎng)絡(luò)曾多到 255 個(gè)，且最大通信距離為 1200m。LM-PT100、LM-PT1000 熱電阻溫濕度傳感器還可以和LM-8052NET 配合，組成 TCP/IP 的溫度采集網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集溫度。通過對以上兩個(gè)方案的對比，兩個(gè)方案在精度和測量范圍上都是符合本設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，但是相對于 LM-PT1000 自帶 LCD 顯示來說，DS18B20 的電源電壓范圍：在保證溫度轉(zhuǎn)換精度為+0.5oC 的情況下，電源電壓可為+0.3V+5.5V。精度：DS1

41、8B20 在-10oC 到+85oC 的范圍內(nèi)精度為+0.5oC。分辨率：DS18B20 的分辨率由 9-12 位數(shù)據(jù)在線編程決定【10】。并且 DS18B20 轉(zhuǎn)換速度快，節(jié)約 IO 口，直接輸出數(shù)字量，無須外加 A/D 轉(zhuǎn)換電路，簡單方便。并且本設(shè)計(jì)自帶顯示電路，所以本設(shè)計(jì)選擇第一方案。3.1.3 通訊模塊總線的選擇遠(yuǎn)程通信通?？梢圆捎?RS-232 接口標(biāo)準(zhǔn)的串口通信、CAN 總線通信和TCP 協(xié)議通信。方案一：利用 RS-232 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。RS-232 標(biāo)準(zhǔn)是美國電氣工業(yè)聯(lián)合會(huì)(EIA)制定的利用平衡雙絞線作傳輸線的多點(diǎn)通訊標(biāo)準(zhǔn)，它采用差分信號(hào)進(jìn)行傳輸。但由于 RS-232 不涉及

42、通信協(xié)議，無糾錯(cuò)、容錯(cuò)、防網(wǎng)絡(luò)堵塞等功能，我們在設(shè)計(jì)時(shí)未采用此方案。方案二：運(yùn)用 TCP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。TCP 協(xié)議通信比較復(fù)雜，編寫程序有一定的困難性。另外由于 TCP 本身的特性，若在網(wǎng)絡(luò)信息量比較大的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)傳載信息負(fù)荷比較大時(shí)容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，通信就會(huì)出現(xiàn)一定的延遲，這將影響到溫度控制系統(tǒng)對溫度測控的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，使得系統(tǒng)性能不穩(wěn)定。方案三：利用 CAN 總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。CAN 是一種串行通信協(xié)議，它能有效支持高安全等級(jí)的分布實(shí)時(shí)控制，以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從；節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其

43、它節(jié)點(diǎn)的操作不受影響；報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；每幀信息都有 CRC 校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，具有極好的檢錯(cuò)效果。由于采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN 總線與一般的通信總線相比，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。通過對比，本設(shè)計(jì)選擇了方案三，用于站點(diǎn)與站點(diǎn)之間的通信，上位機(jī)與各個(gè)站點(diǎn)之間的通信是通過主控節(jié)點(diǎn)的串口實(shí)現(xiàn)的。3.1.4 顯示模塊的選擇本系統(tǒng)主要是顯示環(huán)境當(dāng)前的溫濕度，并顯示當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)。使用LCD 或者 LED 都可以實(shí)現(xiàn)。方案一：采用 LCD 顯示模塊，LCD 為英文 Liquid Crystal Display 的縮寫，

44、即液晶顯示器，是一種數(shù)字顯示技術(shù)，可以通過液晶和彩色過濾器過濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖像。能顯示測得溫、濕度值和系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)等。還可以很方便地顯示字符和漢字，但價(jià)格較高。方案二：采用 LED 顯示模塊，LED 之所以受到廣泛重視并得到迅速發(fā)展，是因?yàn)樗旧碛谢顒?dòng)、很多優(yōu)點(diǎn)。例如：亮度高、工作電壓低、功耗小、易于集成、驅(qū)動(dòng)簡單、壽命長、耐沖擊且性能穩(wěn)定，其發(fā)展前景極為廣闊。目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性和發(fā)光密度、發(fā)光均勻性、全色化發(fā)展。所以采用 LED 同樣能很好的顯示環(huán)境當(dāng)前溫濕度和系統(tǒng)的工作狀態(tài)，而且價(jià)格便宜。通過對比兩方案，在顯示的實(shí)現(xiàn)上方案一更加多樣化，但是結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況

45、，選擇了方案二。3.1.5 CAN 收發(fā)器的選擇方案一：TJA1050是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口。它最初是應(yīng)用在波特率范圍在60k波特到1M波特的高速自動(dòng)化應(yīng)用中。TJA1050可以為總線提供不同的發(fā)送性能，為CAN控制器提供不同的接收性能。而且它與“ISO 11898”標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。TJA1050有一個(gè)電流限制電路，保護(hù)發(fā)送器的輸出級(jí)，使由正或負(fù)電源電壓意外造成的短路不會(huì)對TJA1050造成損壞（此時(shí)的功率消耗增加）。TJA1050還有一個(gè)溫度保護(hù)電路，當(dāng)與發(fā)送器的連接點(diǎn)的溫度超過大約165時(shí)，會(huì)斷開與發(fā)送器的連接。因?yàn)榘l(fā)送器消耗了大部分的功率，所以這個(gè)集成電路的功率消耗和溫度會(huì)

46、較低。但是此時(shí)IC的其他功能仍繼續(xù)工作。允許選擇兩種不同的工作模式：高速模式或靜音模式。方案二：PCA82C50是CAN協(xié)議控制器和物理總線間的接口，它主要是為汽車中高速通訊（高達(dá)1Mbps）應(yīng)用而設(shè)計(jì)。此器件對總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動(dòng)接收能力，完全符合“ISO11898”標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)限流電路可防止發(fā)送輸出級(jí)對電池電壓的正端和負(fù)端短路。雖然在這種故障條件出現(xiàn)時(shí)，功耗將增加，但這種特性可以阻止發(fā)送器輸出級(jí)的破壞。在節(jié)點(diǎn)溫度大約超過160時(shí)，兩個(gè)發(fā)送器輸出端的極限電流將減少。由于發(fā)送器是功耗的主要部分，因此芯片溫度會(huì)迅速降低。IC的其他所有部分將繼續(xù)工作。允許選擇三種不同的工作模

47、式：高速、待機(jī)、斜率控制。通過對比兩收發(fā)器，各方面性能都比較接近，但是考慮到在應(yīng)用方面的TJA1050更容易上手，而且TJA1050性能稍好，并且提供的兩種工作模式比較適合此次設(shè)計(jì)的需要，選擇了第一種方案。3.2 溫度采集模塊電路設(shè)計(jì)本模塊采用了集成的溫濕度傳感器 DS18B20,DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有 LTM8877，LTM8874 等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機(jī)房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫

48、等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 1: 技術(shù)性能描述 、 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 、測溫范圍 55+125，固有測溫分辨率 0.5。 、支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián) 8 個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫，如果數(shù)量過多，會(huì)使供電電源電壓過低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 、工作電源: 35V/DC 、在使用中不需要任何外圍元件 、 測量結(jié)果以 912 位數(shù)字量方式串行傳送 、不銹鋼保護(hù)管直徑 6 、適

49、用于 DN1525, DN40DN250 各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫 、 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2”任選 、PVC 電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域?，F(xiàn)在 DS18B20 已經(jīng)應(yīng)用于所開發(fā)的“LCD 顯示氣溫”的控制系統(tǒng)中，其測溫系統(tǒng)簡單，測量精度高，連接方便，占用口線少，轉(zhuǎn)換速度快，與微處理器的接口簡單，給硬件設(shè)計(jì)工作帶來了極大的方便，能有效地降低成本，縮短開發(fā)周期【11】。DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)

50、器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的外形及管腳排列如下圖 1: D DS S1 18 8B B2 20 0 引引腳腳定定義義： (1)DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； (2)GND 為電源地； (3)VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。3.3 顯示模塊電路設(shè)計(jì)3.3.1 溫度顯示電路設(shè)計(jì) SAA1064 是 Philips 公司生產(chǎn)的 4 位 LED 驅(qū)動(dòng)器,為雙極型電路,具有接口。該電路是特別為驅(qū)動(dòng) 4 位帶有小數(shù)點(diǎn)的七段顯示器而設(shè)計(jì)的,通過多路開關(guān)可對兩個(gè)2 位顯示器進(jìn)行切換顯示。該器件內(nèi)部帶有總線從發(fā)送接收器,可以通過地址引腳 ADR 的輸入電平編程

51、為 4 個(gè)不同的從器件地址。內(nèi)部的模式控制器可以控制 LED 的各個(gè)位以使其能夠工作于靜態(tài)模式、動(dòng)態(tài)模式、熄滅模式及段測試模式。 2引腳功能及封裝形式 SAA1064 采用 24 腳 DIP 和 SOT 兩種封裝形式,圖 1 所示為 24 腳 DIP 封裝的引腳排列。各主要引腳的功能如下： ADR（1）：地址輸入線; （2）：內(nèi)部振蕩器電容輸入端,典型值為 2.7nF; P8P1(310)：段數(shù)據(jù)輸出口 1; P9P16(1522)：段數(shù)據(jù)輸出口 2; MX1（11）：多路選擇開關(guān)輸出 1; MX2（14）：多路選擇開 2： （12）：地; （13）：電源;SDA、SCL 分別為總線的數(shù)據(jù)線和

52、時(shí)鐘線。為防止這些引腳上出現(xiàn)過壓脈沖,應(yīng)接一個(gè)穩(wěn)壓管（5.5V）至,即正常的線電壓不應(yīng)超過 5.5V。正常情況下,數(shù)據(jù)在響應(yīng)位的時(shí)鐘上跳變鎖存。SDA 和 SCL 分別接單片機(jī)的兩個(gè) IO 口，這樣就能實(shí)時(shí)接受數(shù)據(jù)顯示。LED 顯示采用共陽極連接，8 支發(fā)光二極管的陽極共同接到電源上，所以叫共陽極 LED，在每個(gè)發(fā)光二極管的陽極接的電阻將起到保護(hù)作用。在輸入管腳接低電平時(shí)，對應(yīng)的發(fā)光二極管將會(huì)發(fā)光。和共陰極 LED 一樣，適當(dāng)編碼后，8 支發(fā)光二極管組合起來就可以顯示數(shù)據(jù)了。設(shè)計(jì)電路圖如下共陽極 LED 電路連接如圖 1（b）所示。圖圖 3-3環(huán)境溫度顯示電路環(huán)境溫度顯示電路3.2 、CAN

53、收發(fā)器外圍電路設(shè)計(jì)C8051F040 單片機(jī)內(nèi)嵌 CAN 收發(fā)器，本來可以不需要配置外圍收發(fā)器，但是由于外圍系統(tǒng)接收頻率和單片機(jī)內(nèi)部頻率不一致，必需采用 TJA1050 收發(fā)器。本電路采用了 CAN 收發(fā)器 TJA1050，TJA1050 是 CAN 協(xié)議控制器和物理總線之間的接口。其 TXD 引腳是其信號(hào)發(fā)送引腳，本系統(tǒng)中該引腳與 LPC2292 主控芯片的P0.25_RD1 連接；收發(fā)器的 RXD 引腳是其信號(hào)接受引腳，本系統(tǒng)中該引腳與LPC2292 的 TD1 引腳相連。CANH 和 CANL 是節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成基于 CAN 總線通信的互聯(lián)引腳。VCC 接 5V 正電源，GND 接地，如圖所

54、示。 本電路中，在 CANH 和 CANL 與地之間并聯(lián)了兩個(gè) 100pF 的小電容，可以濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。CANH 和 CANL 之間串聯(lián)了兩個(gè) 60 歐姆的電阻構(gòu)成分離終端，普通模式信號(hào)可以在兩個(gè)分離終端的中間抽頭得到共模信號(hào)，理想情況下共模信號(hào)就是 DC 電壓信號(hào)。這個(gè)普通模式信號(hào)通過一個(gè)4.7F 的電容連接到地。分離終端可以有效減少輻射，使系統(tǒng)有更好的抗干擾性。TJA1050通過引腳S可以選擇兩種工作模式：高速模式或靜音模式。高速模式就是普通的工作模式，將引腳S接地可以進(jìn)入這種模式。如果引腳S沒有連接，高速模式就是默認(rèn)的工作模式。在靜音模式中，發(fā)送器是禁能的

55、。但 IC 的其他功能可以繼續(xù)使用。將 S 引腳連接到 VCC 可以進(jìn)入這個(gè)模式。靜音模式可以防止在 CAN 控制器不受控制時(shí)對網(wǎng)絡(luò)通訊造成堵塞3.3 電源模塊電路設(shè)計(jì) 由于系統(tǒng)需要兩個(gè)不同的電壓，一個(gè)是電路供電電壓 5V，一個(gè)芯片工作電壓3.3V。根據(jù)要求設(shè)計(jì)如圖電路，AS1117 是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，可以提供多種電壓， （VOUT=1.8V 2.25V 2.85V 3.3V 5V ）,AS1117 提供完善的過流保護(hù)和過熱保護(hù)功能，確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)在 VOUT 輸出電壓后連接各自一個(gè)2.0 歐的電阻并聯(lián)兩個(gè) 0.1uf 的電容，電阻起限流作用，防止電路過流引起后續(xù)電

56、路的損壞。電容起濾波作用，這樣可以更加穩(wěn)定的輸出電壓。VDD 和 AV+分別接 C8051F040 芯片的 VDD 和 AV+提供芯片電壓，+3VD2 提供電路電壓。3.4 JTAG接口電路設(shè)計(jì)JTAG(Joint Test Action Group)是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片內(nèi)部測試?，F(xiàn)在多數(shù)的高級(jí)器件都支持JTAG協(xié)議，如DSP、FPGA器件等。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線：TMS、 TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。JTAG最初是用來對芯片進(jìn)行測試的，基本原理是在器件內(nèi)部定義一個(gè)TAP（Test Access Port

57、�；測試訪問口）通過專用的JTAG測試工具對進(jìn)行內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。JTAG測試允許多個(gè)器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個(gè)JTAG鏈，能實(shí)現(xiàn)對各個(gè)器件分別測試。現(xiàn)在，JTAG接口還常用于實(shí)現(xiàn)ISP（In-System programmable）對FLASH等器件進(jìn)行編程。 JTAG的編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中是先對芯片進(jìn)行預(yù)編程然后再裝到板上操作，簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用JTAG編程，從而大大加快工程進(jìn)度。JTAG接口可對PSD芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行編程。JATG芯片的1管腳接電路供電電壓5V，2、3/9管腳接地，5、7管腳分別接芯片的TMS和TDI，4、6管腳分

58、別接芯片的TCK和TDO，同時(shí)在4管腳上外接一個(gè)4.75千歐的電阻，起限流的作用。電路如圖3.5 系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)在 C8051F040 單片機(jī)有復(fù)位 IO 接口RST，低電位有效，內(nèi)部 VDD 監(jiān)視器的漏極開關(guān)輸出，當(dāng) VDDVRST并且 MONEN 為高時(shí)被驅(qū)動(dòng)為低電平。一個(gè)外部源可以通過將該引腳設(shè)置為低電平而啟動(dòng)系統(tǒng)復(fù)位。 在設(shè)計(jì)過程中， 線上串聯(lián)了了兩個(gè)電阻可以起到限流的作用，防止電流過大。同時(shí)并聯(lián)兩個(gè)電容可以起到濾波的作用。抗干擾能力加強(qiáng)了。 3.6 系統(tǒng)時(shí)鐘電路標(biāo)準(zhǔn) 8051 中，除 MUL 和 DIV 以外所有指令都需要 12 或 24 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為 12-

59、24MHz。而對于 CIP-51 內(nèi)核，70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為 1 或 2 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有 4 條指令的執(zhí)行時(shí)間大于 4 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。CIP-51 共有 111 條指令。CIP-51 工作在最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率 25MHz 時(shí)，其峰值性能達(dá)到 25MIPS。下表列出了指令條數(shù)與執(zhí)行 時(shí)所需的系統(tǒng)時(shí)鐘周期數(shù)的關(guān)系： 表 3-1 CIP-51 內(nèi)核指令條數(shù)與系統(tǒng)時(shí)鐘周期數(shù)的關(guān)系 指令周期數(shù)233445指令數(shù)265016 電路圖如下3.7 系統(tǒng)報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路比較簡單，采用了一個(gè)揚(yáng)聲器和一個(gè)二極管結(jié)合，同時(shí)串連一個(gè)電阻，起到限流的作用。當(dāng)單片機(jī) IO 口發(fā)出有效電流時(shí)，揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)

60、出警報(bào)。4 4 軟件軟件只有硬件還不能工作，必須要有軟件，即用程序來控制單片機(jī)的運(yùn)行。一般實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用軟件的特點(diǎn)是：輸入輸出功能強(qiáng)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高。目前大多采用匯編語言來編寫程序，原因是匯編語言與硬件環(huán)境間關(guān)系密切，因而匯編出的目的程序占用內(nèi)存空間少、執(zhí)行速度快，易于實(shí)現(xiàn)中斷管理及模擬（或數(shù)字）量輸入輸出等。4.1 溫度采集DS1820 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此 ，在對 DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用 PL/M、C 等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)

61、，對 DS1820 操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn) 。程序流程圖4.2 CAN 的通信主控節(jié)點(diǎn)是本次設(shè)計(jì)的核心部分，所有數(shù)據(jù)都要通過其進(jìn)行處理?？梢哉f，主控節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站。所以，主控節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定。程序開始以后，首先對 CAN 控制器進(jìn)行初始化（主要是初始化波特率、CAN 通道等） ，然后開始檢測總線上是否有中斷，有中斷則返回初始化CAN，沒有中斷則將溫度檢測的數(shù)據(jù)接收，并通過 CAN 總線傳輸給顯示系統(tǒng)顯示。4.21、主程序流程圖初始化讀DS18B20序列號(hào)初始化轉(zhuǎn)化溫度匹配ROM存測溫點(diǎn)數(shù)據(jù)讀溫度數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)返回初始化DS18B20C CA AN N接接收收

62、子子程程序序測量溫度N NDS18B20子程序CAN發(fā)射子程序返回CAN復(fù)位N N4.22 、CAN 初始化流程圖 系統(tǒng)初始化初始化CAN有中斷N N溫度測量CAN發(fā)射器CAN接受器顯示系統(tǒng)返回初始化開始發(fā)送復(fù)位請求進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)設(shè)置時(shí)鐘分頻器設(shè)置接收代碼，接收屏蔽寄存器設(shè)置總線時(shí)序寄存器設(shè)置輸出控制寄存器開中斷4.23、 CAN 數(shù)據(jù)接收發(fā)送流程圖CAN總線中斷接收讀取中斷寄存器接收中斷讀取接收緩沖區(qū)讀取完釋放接收緩存區(qū)接收緩沖區(qū)空結(jié)束N NN NCAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)緩存區(qū)為空數(shù)據(jù)寫入空閑緩存區(qū)讀取狀態(tài)寄存器啟動(dòng)發(fā)送請求結(jié)束N N 結(jié)論結(jié)論這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是基于 CAN 總線協(xié)議的完整應(yīng)用。設(shè)計(jì)

63、中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通訊采用了 CAN 總線，CAN 總線協(xié)議不同于傳統(tǒng)的 RS-232/RS-485協(xié)議的一主多從方式，它采用多主方式，而且具有高可靠性、高實(shí)時(shí)性和高檢錯(cuò)率等優(yōu)于傳統(tǒng)總線的特點(diǎn)，現(xiàn)在也越來越多的開始被應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域【12】?；?CAN 總線的溫度檢測是一個(gè)功能強(qiáng)大、多主的混合總線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，成功地解決了監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸瓶頸和數(shù)據(jù)沖突、數(shù)據(jù)同步等一系列問題，具有良好的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)簡單，集成度高，易擴(kuò)展，易操作。其中通用節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)使具體應(yīng)用更方便、更靈活；中繼器和 CAN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；帶 USB 接口的主機(jī) CAN 節(jié)點(diǎn)郎插即用，無需額外供電，

64、使用便攜式計(jì)算機(jī)作上位機(jī)與之相連，便可隨時(shí)隨地管理跟蹤整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)【13】。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，這就涉及到傳感器的使用。傳感器技術(shù)是一個(gè)國家科技發(fā)展的象征，是一個(gè)國家綜合國力的一種展示。其產(chǎn)業(yè)技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、滲透能力強(qiáng)、市場前景廣，被國內(nèi)外公認(rèn)為很有發(fā)展前途的高科技產(chǎn)業(yè)。本系統(tǒng)是一個(gè)環(huán)境溫度的檢測系統(tǒng)，采用集成溫度傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳輸給從節(jié)點(diǎn)控制芯片處理，繼而將處理后數(shù)據(jù)通過 CAN 總線傳送給主節(jié)點(diǎn)控制芯片處理、顯示，從而實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)檢測。作為一個(gè)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，本系統(tǒng)由溫度采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、節(jié)點(diǎn)通訊模塊和顯示模塊，完整的構(gòu)成了一個(gè)監(jiān)測系

65、統(tǒng)，可以比較準(zhǔn)確的監(jiān)測、顯示應(yīng)用環(huán)境的溫濕度。系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)主要就是，節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)采用 CAN 總線傳輸。這樣既能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，又能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?。采?CAN 總線理論上可以掛無限的節(jié)點(diǎn)，這樣就拓寬了總線的實(shí)用性和可操作性。而且 CAN 總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以根據(jù)自己系統(tǒng)的需要自己定義其長度，這樣就體現(xiàn)了 CAN 總線應(yīng)用的靈活性【15】。本系統(tǒng)主要是對環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)然也可以加入對環(huán)境溫度的控制，這個(gè)就需要更多的外設(shè)來共同完成，比如對環(huán)境升溫、降溫等。在軟件方面就只需要加入相應(yīng)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序。所以，本系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際的需求對其進(jìn)行功能的擴(kuò)展，以滿足用戶更高的需求。致謝致謝本次

66、畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利的完成，與老師的辛勤指導(dǎo)和同學(xué)的幫助是分不開的。特別是胡戍方老師，在設(shè)計(jì)中對我進(jìn)行了全程指導(dǎo)，給了我非常全面細(xì)心的技術(shù)支持。還有和我同在一起調(diào)試的同學(xué)們也給我提出了許多寶貴的建議，幫助我順利完成了此次設(shè)計(jì)。在此，我向?qū)λ兄笇?dǎo)過我的老師以及給過我?guī)椭耐瑢W(xué)表示最真誠的感謝！參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1邵明.劉建成.基于 CAN 總線的智能 I/O 模塊的設(shè)計(jì).福 建 電 腦第一期-20082楊春杰等.CAN 總線技術(shù)M.北京：航空航天大學(xué)出版社，20093饒運(yùn)濤. 現(xiàn)場總線 CAN 原理與應(yīng)用技術(shù)M. 北京：北京航空航天工業(yè)大學(xué)出版社，20034李正軍，現(xiàn)場總線及其應(yīng)用技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005:3-45王立國.王淑欣.路巍.基于 C8051F 的遠(yuǎn)程多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) -自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用 2009。6童長飛C8051F 系列單片機(jī)開發(fā)與 C 語言編程M北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 20057何希才.常用傳感器應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)與實(shí)踐M.北京：科學(xué)出版社,2007.9：558江朝元.曹曉麗.CAN 總線溫度巡查系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.儀器儀表學(xué)報(bào) 2005（8 增刊）：498-4