【正文】 不具有代表性，更使 監(jiān)測結(jié)果失去了其原來的意義，而且在控制當時的溫度，濕度 時不能根據(jù)實際情形及時 做出 正確的操作。在局限性上也有很大的漏洞，比如在某些場合，要測量地下設(shè)施的表面溫度時，工作人員不可能測量到直接的數(shù)據(jù) ， 在具有危險的庫房中測量人員還要冒著一定的風險去提取測量溫濕度。在這樣一個環(huán)境下將會損失很多的物力，財力和人力。 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度與濕度傳感器 開始替代那些原始的溫度計濕度計 ， 出現(xiàn)了以單片機為 監(jiān)控 核心的 小型 系統(tǒng)， 它的 監(jiān)控 還可以完成預先設(shè)定的溫度范圍，報警，溫度和濕度補償功能 等諸多功能 。數(shù)字溫度 傳感器直接讀取數(shù)字內(nèi)容，改善了在長距離傳輸問題和轉(zhuǎn)移過程中溫濕度的數(shù)據(jù) 不穩(wěn)定現(xiàn)象 ，如由于干擾衰減問題的精度損失 。而單片機上地址編碼又解決了庫房分散而不利于溫濕度監(jiān)控的問題。計算機的快速高效精確的運作解決了因為人為因素而導致的實時性和誤差 性 問題。在 數(shù)碼管 上顯示結(jié)果，單片機可以直接控制溫濕度并監(jiān)測。 以這種 監(jiān)控系統(tǒng) ，大大提高了工作效率，而且大大擴大 了在溫度和濕度監(jiān)測中范圍上的 應用。 分布式溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與研究，對當前具有很大的意義，對工業(yè)、農(nóng)業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 都 有不可估量的作用，是現(xiàn)行發(fā)展和未來發(fā)展的大體趨勢， 對占領(lǐng) 國際領(lǐng)先水平和科技戰(zhàn)略至高地位的 具有 重要意義，尤其是 對 工業(yè)自 動化的 進步 和經(jīng)濟發(fā)展 有著無法估計的重要性 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 對于溫 濕 度的測量和控制技術(shù)在中國起步較晚， 在 二十 世紀 八十年代，工程 技術(shù)人員 才開始掌握計算機控制技術(shù)在溫度測量和監(jiān)控系統(tǒng)的應用。就這樣 我國溫度監(jiān)控系統(tǒng)的計算機運用， 在總體上正從 學習 、簡單 的實驗 應用階段向 各種場合的實際運用，合理運用 階段跨越和發(fā)展。 但是 在我國，溫度監(jiān)測和控制的情況還遠遠沒有達到工廠所要求的程度，在 和 發(fā)達技術(shù)國 家 相比較，還是有一段較大的 距離 要克服。 比如仍然有很多技術(shù)問題 ： 裝備設(shè)施能力低，工業(yè)化程度低，控制水平的不完善， 硬件和軟件資 源不能共享、可靠性差等 缺點 。 目前，迅速發(fā)展的單片機技術(shù)，為解決工、農(nóng)業(yè)自動化方面應用的瓶頸問題提供了有效的途徑， 但是當前溫濕度監(jiān)控的種類也是非常多， 如 RS485 總線的監(jiān)控系統(tǒng)、以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、 CAN 監(jiān)控系統(tǒng)等。 計算機信息工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 2 基于 RS485 總線的監(jiān)控系統(tǒng) RS485 總線作為一種多電氣規(guī)格分數(shù)據(jù)傳輸，已經(jīng)成為行業(yè)標準通信接口的應用最為廣泛的 通信接口之一。它具有其它總線不能與之媲美的優(yōu)點：它具有的抗噪聲的能力，通信傳輸速率快，可靠性及電纜長度距離足夠遠，多點雙向通信時它能夠簡單的在一根總線上進行傳輸 等特點 。雖然 RS485 總線有很多優(yōu)點，但是不足之處也很多，比如通信容量少（只能最多接入 32 個設(shè)備）， 長距離的通信速率低，動力消耗大，只有串行電纜，不構(gòu)成任何分支的星型 等任意分支，如果 每個節(jié)點的失敗可能導致完全或通信網(wǎng)絡(luò)的局部癱瘓 。 圖 11 是 基于 RS485 總線 的監(jiān)控系統(tǒng) 。它主要的模塊單元為 DS18B20 采集溫度信號，主控制器為 C51 單片機節(jié)點。如果 RS485 接口兩點之間實現(xiàn)通信，需要兩對平衡差分電路來實現(xiàn)差分接收和平衡發(fā)送。采用 MAX285 芯片來實現(xiàn)將 TTL 電平到 RS485總線需要電平的轉(zhuǎn)換，一般 RS485 應用四線或者 兩線的方式進行連接。因為 MAX485只能工作在半雙工的狀態(tài)下，所以要實現(xiàn) 節(jié)點之間 的控制只要 C51 單片機的一個 I/O口就可以了。而一般 RS485 總線收到每個節(jié)點的信號后，將會傳輸個給上位機，通過上位機調(diào)控各個控制節(jié)點。但是控制節(jié)點之間相互通信只能有一個主控制器，所以不能支持一點對多點的有效的相互之間進行數(shù)據(jù)的通信。 4 8 5 總 線單 片 機 單 片 機溫 濕 度 傳 感器溫 濕 度 傳 感器4 8 5 接 口 4 8 5 接 口除 濕 機空 調(diào) 機 空 調(diào) 機除 濕 機P C 機 圖 11 基于 RS485 總線的監(jiān)控系統(tǒng) 只能使用半雙工模式下的 RS485 總線 ， 無論什么 時候只能有 一個節(jié)點 處 在 發(fā)送狀態(tài)， 所以電路由使能信號 發(fā)送控制 。 RS485 多點互連非常方便，可以節(jié)省大量的信號計算機信息工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 3 線 。 雖然 RS485 比以往的 RS232 有了很大的改進，但是 RS485 你有很多不可避免的缺點，比如在工業(yè)應用中主機只能有一個，且需要單點接地，否則電壓不能一致，導致共模干擾。所以 RS485 總線在未來的工業(yè)應用中范圍將會越來越不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 基于以太網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng) 所謂的以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)就是運用于分布式監(jiān)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)。目前在以太網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展 的今天 ，使得越來越多的監(jiān)控系統(tǒng)選擇通過 Inter 和 Web 服務(wù)器進行相互之間的通信。 實時 性，互操作性和網(wǎng)站的其他方面完全能滿足各種監(jiān)控系統(tǒng)的需求，無需專線，也不用鋪設(shè)現(xiàn)場總線就可以使用以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，在通信方面，可充分利用廣泛存在的 以太網(wǎng)資源。 但目前的以太網(wǎng)技術(shù)，如果直接應用于控制仍有很大的差距和不足的領(lǐng)域 。通信的不可靠因素，存在控制實時性低等諸多障礙。 其次，缺乏統(tǒng)一的應用層協(xié)議，導致來自不同制造商的設(shè)備之間缺乏互操作性 。再次，目前的以太網(wǎng)設(shè)備在復雜的環(huán)境中，可靠性不能很好的保證。最后，以太網(wǎng)的安全性較差，會受黑客、病毒等攻擊，造成信息的泄漏。 然而，隨著社會的不斷發(fā)展和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的改進， 我相信，這些問題必將逐步解決 。而 這項技術(shù)必將在未來前景中 一定會有 很好的發(fā)展。 圖 12 是以太網(wǎng)通信原理圖。它主要的模塊單元為 DS18B20 采集溫度信號，主控制器為 C52 單片機。 以太網(wǎng)使用相同的載波偵聽多路訪問 /碰撞媒體訪問方法和物理層規(guī)范的檢測 。 網(wǎng) 絡(luò) 中的各個節(jié)點都能 自主 地決定數(shù)據(jù)幀的接收與發(fā)送 ，并通過通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的計算機可以有效地完成控制。 溫 濕 度 傳 感 器單 片 機R S 4 8 5 轉(zhuǎn) T C P / I P協(xié) 議 轉(zhuǎn) 換 器局 域 網(wǎng) P C 機空 調(diào)除 濕 機 圖 12 以太網(wǎng)通信原理圖 基于 TCP/IP 的以太網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)是擁有能兼容各種不同的小型系統(tǒng)、相互操作性良好 等特點組成的標準開放式網(wǎng)絡(luò)，能方便的與計算機和服務(wù)器相連接，但是在環(huán)境特別復雜和惡劣的情況下，尤其是強干擾的情況下，傳輸數(shù)據(jù)的可靠性還急需改善，還有在網(wǎng)絡(luò)負載很重的條件下可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的問題等。所以以太網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)在計算機信息工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 4 還 很難 取代總線 通信 在 實時性和確定性 方面 的要求 。還有就是在工業(yè)中要求的是簡單經(jīng)濟實惠，但是以太網(wǎng)的價格昂貴且長時期需要人員維修，在應用中不是很廣泛。 基于 CAN 總線的監(jiān)控系統(tǒng) CAN 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求以最小成本及可靠性來接收和處理溫濕度數(shù)值，而單片機系統(tǒng)可以減少系統(tǒng)的成本和人員開發(fā)周期， 并能對不同節(jié)點的不同數(shù)據(jù)的 進行 采集，根據(jù)當前的實際情況進行相應的 溫濕度 調(diào)整。如今這種監(jiān)控系統(tǒng)廣泛運用于工農(nóng)業(yè)中，如圖 13 就是 當前主要用于工農(nóng)業(yè)的 基于 CAN 總線的分布式遠程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。 上 位 機C A N 適 配 器C A N 驅(qū) 動 器8 2 C 2 5 0C A N 驅(qū) 動 器8 2 C 2 5 0C A N 控 制 器S J A 1 0 0 0C A N 控 制 器S J A 1 0 0 0單 片 機 單 片 機溫 度 傳感 器濕 度 傳感 器空 調(diào) 降濕 機溫 度 傳感 器濕 度 傳感 器空 調(diào) 降濕 機 圖 13 當前 基于 CAN 總線的分布式遠程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 基于 CAN 總線的監(jiān)控系統(tǒng)能在惡劣環(huán)境中保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和實時性，而且在工業(yè)運用中很經(jīng)濟實惠，在安裝裁剪控制節(jié)點時都能簡單操作，在將來工業(yè)通信中有很大的發(fā)展前景 。所以本設(shè)計將研究并設(shè)計基于 CAN 總線的監(jiān)控系統(tǒng) 。 本 設(shè)計 的實用價值 在 當前社會 ，自動化控制在科技發(fā)展的今天 顯得越來越重要，而在遠程控制中，通信技術(shù)又是其中的靈魂，它們代表了一個國家的科技發(fā)展水平 。 分析整個社會的發(fā)展現(xiàn)狀，可以看出，一個現(xiàn)代化的國家在工業(yè)自動化控制必須要踏進世界先進行列，這樣才能滿足當前與之匹配的工業(yè)化發(fā)展的需求。 隨著企業(yè)的發(fā)展，企業(yè)對于倉庫管理上，要求也越來越嚴格，為了保障庫房產(chǎn)品及零配件的安全，在溫濕度控制上要求更實時控制。科技與工業(yè)需求 共同發(fā)展，為了計算機信息工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 很好的解決這個問題，分布式監(jiān)控系統(tǒng)可以直觀的通過中央處理器來完成對數(shù)據(jù)的采集，控制和報警等功能。而各節(jié)點之間通過 CAN 總線更能實時傳遞溫濕度信息。避免了因為環(huán)境影響而使精密儀器受到損壞。使企業(yè)的經(jīng)濟得到保障。 設(shè)計的理論意義 本文主要介紹了 CAN 總線的監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時掌握各節(jié)點的溫濕度信息，保障庫房的安全。在設(shè)計中，主要研究的難點是：完成監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計， 各節(jié)點之間的 CAN 通信，節(jié)點中各模塊器件的特性研究等。所以本設(shè)計的實際意義在于： （ 1）監(jiān)控系統(tǒng)的自動化控制改變了以往人員利用溫濕度計的測量，使 測量值更具有可靠性和代表性。 （ 2）避免了因為人員讀數(shù)誤差，或者反 應不及時而導致的經(jīng)濟損失，只要中央監(jiān)控系統(tǒng)有工作人員就可以實時的對某個庫房進行合理的操作。 （ 3）使以前工作人員不能進入的某些環(huán)境 也能進行實時的監(jiān)控，從而保障了工作人員生命財產(chǎn)安全。 （ 4）該系統(tǒng)性能好，價格經(jīng)濟，使用廣泛，很好的推動了工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，為將來工業(yè)自動化發(fā)展的研究產(chǎn)生深遠的影響。 本課題的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 本課題較為詳細的介紹了以 STC89C52RC 單片機為控制節(jié)點基于 CAN 總線遠程分布式溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，重點研究了單片機之間的硬件設(shè)計和通信原理，并闡述了其中的主要模塊 SJA1000， MCP2515 以及 DS18B20， HS1101 的主要技術(shù)和軟件設(shè)計。 論文的結(jié)構(gòu)： 第一章為緒論部分，主要介紹了課題的背景，國內(nèi)外現(xiàn)狀和主要設(shè)計 意義和價值。 第二章對 設(shè)計難點總線通信技術(shù)從基本簡介和報文運用做了詳細介紹。 第三章為 系統(tǒng)的硬件設(shè)計，分別從主機和從機兩個方面對節(jié)點中各個模塊的電路進行了設(shè)計。突出運用的模塊的接口設(shè)計。 第四章為 軟件設(shè)計的實現(xiàn)， 也是從主機和從機對模塊的進行軟件編寫，運用程序流程圖更加直觀的理解程序編寫過程。 第五章為 監(jiān)控系統(tǒng)的生成以及調(diào)試。 計算機信息工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 第 2 章 CAN 總線技術(shù) CAN 總線介紹 現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備 /儀表與控制室內(nèi)的自動控制裝置 /系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點、雙向通信的數(shù)據(jù)總線， CAN（ Controller Area Network）是一種現(xiàn)場 總線 。 20 世紀 80 年代初，首先由德國的 BOSCH 公司提出，用來解決汽車內(nèi)部的復雜硬信號接線，后來得到了 Motorola， Intel、 Philips、 Siemens等大公 司的支 持， 1993 年 ISO 正 式公 布了 ISO11898CAN 高速 應用標 準和ISO11519CAN 低速應用標準，前者是 速率為 125kbps～ 1Mbps 的閉環(huán)總線，總線最大長度為 40m／ 1Mbps。 后者速 率為 10～ 125kbps 的 開環(huán)總線，最大長度為 1km／40kbps。 目前 CAN 總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)，被廣泛應用于離散控制領(lǐng)域，CAN 總線特點如下： （ 1） CAN 總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點。另外，網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。 （ 2）可連接的節(jié)點數(shù)量多。 CAN 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)主要取決于 CAN 總線收發(fā)器，目前最多可達 110 個。廢除了 傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。數(shù)據(jù)塊的標識碼可由 11 位或 29 位二進制數(shù)組成，因此可以定義 211 或 229 個不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點（信息）按編碼可分成不同的優(yōu)先級，可以滿足不同的實時要求。 （ 3）采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機制，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。 （ 4）通信方式多樣： CAN 只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、 一點對多點（成組）及全局廣播幾種傳送方式。 CAN 總線上的任意兩個單元之間最大的傳輸距離與傳輸速率有關(guān)，最遠可達 10km（速率 5Kbps 以下），通信速率最高可達 1Mbps（此時距離最長 40m） 。通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導纖維。 （ 5）數(shù)據(jù)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的數(shù)據(jù)段長度最多為 8 個字節(jié)?？蓾M足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時， 8 個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。每幀信息都有 CRC 校驗及其他檢錯措施，數(shù)據(jù)出錯率極低。節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關(guān)閉總線