【正文】 畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：基于CAN總線的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)下位機部分95內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）基于CAN總線的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)下位機部分摘 要CAN總線作為一種有效支持分布式控制和實時控制的技術(shù)，以其穩(wěn)定性好、可靠性高、抗干擾能力強、通訊速率高、維護成本低及其獨特的設(shè)計越來越受到人們的重視，并被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場總線之一?；贑AN總線的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為上位機、CAN總線和下位機三個部分。上位機建立友好的人機交互界面；CAN總線采用總線型拓撲結(jié)構(gòu)，通信電纜采用雙絞線；下位機部分是兩個傳感器節(jié)點。本論文重點介紹了下位機傳感器節(jié)點的設(shè)計。首先介紹了系統(tǒng)總體設(shè)計方案，然后對溫度傳感器節(jié)點使用的K型熱電偶、溫度傳感器AD590和壓力傳感器節(jié)點使用的MPX53DP做簡要介紹，并分析設(shè)計放大電路；接著介紹單片機AT89C52及其附屬電路，特別對鍵盤做了重點分析介紹；分析軟件算法，使用C51語言編程；最后介紹系統(tǒng)調(diào)試。本設(shè)計實現(xiàn)了下位機對現(xiàn)場溫度信號和壓力信號的采集，通過鍵盤在線更改測量范圍、報警值等參數(shù)。關(guān)鍵詞：CAN總線；數(shù)據(jù)采集；下位機；AT89C52單片機The Longdistance Data Collection Based on CAN Bus The Lower ComputerAbstractCAN bus technology, which efficiently supports distributed realtime with a very high level of security, attract attention with a very high level of capability. CAN bus has some advantages such as high level of security, strong antiinterference, high munication speed and low of maintenance cost. It is a particular design, and it is regarded a fieldbus with expansibility. The longdistance data collection based on CAN bus is divided into three parts: upper puter and CAN bus and lower puter. The upper puter is established friendly HumanMachine bus uses bus topology structure, and use UTP cable munications. The lower puter uses two sensor nodes. This paper’s emphasis is to introduce the design of the lower puter sensor design firstly introduced the system overall project design. It introduced briefly the Kthermocouple which uses temperature sensor node, and the MPX53DP which uses temperature sensor AD590 and pressure sensor analyzed the design enlargement electric circuit. It also introduced AT89C52 MCU and its subsidiary circuit, especially focused on analyzing the it analyzed software algorithm, and used the C51 language for its programming. It introduced the system debugging finally. This design has realized the lower puter to the scene temperature signal and pressure signal collection。 through the keyboard it can change online measurement range and alarms and so on. Key words: CAN bus。 data collection。 lower puter。 AT89C52 MCU目 錄摘 要 IAbstract II第一章 基于CAN總線的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體方案 1 研究背景 1 方案的選擇 1 1 現(xiàn)場總線概述 2 CAN總線 3 4第二章 溫度傳感器節(jié)點 7 熱電偶及其放大電路 7 熱電偶測溫原理 7 熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成 8 熱電偶的選擇及其放大電路 9 熱電偶的冷端溫度補償 11 11 AD590及其放大電路 12第三章 壓力傳感器節(jié)點 15 15 放大電路 16第四章 單片機數(shù)據(jù)處理模塊 18 芯片選擇 18 18 A/D芯片的選擇 18 18 19 顯示方式 20 鍵盤 22 鍵盤接口技術(shù) 22 鍵盤設(shè)置 22 24第五章 軟件編程 26 軟件編程概述 26 溫度傳感器節(jié)點軟件設(shè)計 26 壓力傳感器節(jié)點軟件設(shè)計 36 編程心得 42第六章 系統(tǒng)調(diào)試 44 44 模擬放大電路調(diào)試 44 顯示電路調(diào)試 45 單片機模塊調(diào)試 45 鍵盤調(diào)試 46 綜合調(diào)試 46 設(shè)計結(jié)果 47參考文獻 48附錄A 基于CAN總線的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件原理圖 49附錄B 溫度傳感器節(jié)點硬件原理圖 50附錄C 壓力傳感器節(jié)點硬件原理圖 51附錄D 下位機C51程序清單 52致 謝 93內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）第一章 基于CAN總線的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體方案 研究背景隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機、控制、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在工業(yè)中各個具體行業(yè)的廣泛應(yīng)用，促進了計算機、控制、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，同時這些技術(shù)又與各個行業(yè)中的其它技術(shù)融合，促進了各個行業(yè)的飛速發(fā)展[1]。自從微處理器問世以來，其微型化、低成本的特點使計算機控制技術(shù)深入到工業(yè)技術(shù)最核心、最基本的環(huán)節(jié)，并逐步形成了單片機、可編程控制器、工業(yè)控制計算機三大主流系列，實現(xiàn)了多層次、全過程的計算機控制。單片機作為內(nèi)嵌式控制器構(gòu)成了各種智能測試系統(tǒng)或智能儀表，實現(xiàn)了計算機控制的底層化；可編程控制器作為各種工控機的主控模塊，實現(xiàn)了計算機控制的單機化；而以工業(yè)控制計算機作為上位機，以單片機、可編程控制器作為下位機的分布式控制系統(tǒng)則實現(xiàn)了計算機控制的網(wǎng)絡(luò)化。特別是單片機的出現(xiàn)，使計算機控制可以達到元件級，因而出現(xiàn)了越來越多的新型自控元件，甚至出現(xiàn)了集成有單片機的智能元件。計算機控制技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)技術(shù)中最重要的核心技術(shù)[2]。在工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲都是保證設(shè)備正常運行的關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)據(jù)采集是保證設(shè)備正常運行的第一步，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確快速采集就顯得尤為重要。在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，各種數(shù)據(jù)采集儀器都向智能化、集成化、高精度的方向發(fā)展，而且要求數(shù)據(jù)能傳輸?shù)竭h離現(xiàn)場的控制中心，所以有必要設(shè)計一種智能化的、集成化的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 方案的選擇本文設(shè)計了一個遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采集的信號為兩個溫度信號和兩個壓力信號，經(jīng)過微處理器處理后在下位機上顯示，并且要把采樣信號送到遠程上位機的工控機上集中顯示。由于傳感器輸出的信號一般是毫伏電壓或毫安電流信號，而工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的電壓和電流信號是0~5V和4~20mV，所以必須把傳感器輸出的信號放大成0~5伏的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號或4~20mV的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，以便信號的傳輸和做進一步處理。所以本設(shè)計使用了模擬放大電路。數(shù)據(jù)的采集可以選用FPGA、單片機、FPGA與單片機結(jié)合的方法來實現(xiàn)，但是相對于單片機而言，F(xiàn)PGA造價高，在一般的工業(yè)控制場合，單片機具有價格便宜，功能齊全等優(yōu)點，單片機就已經(jīng)能夠達到本設(shè)計的要求。本設(shè)計選用單片機作為下位機傳感器節(jié)點的智能芯片。由于數(shù)據(jù)要進行遠距離的傳輸，所以遠距離的數(shù)據(jù)傳輸是一個必須考慮的問題。 現(xiàn)場總線概述RS485總線在過程控制中應(yīng)用廣泛，但隨著科技的發(fā)展，RS485的總線效率低、系統(tǒng)的實時性差、通訊的可靠性低、后期維護成本高、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節(jié)點少、應(yīng)用不靈活等缺點慢慢暴露出來，面臨著被市場所淘汰的局面。而現(xiàn)場總線由于在通信能力、可靠性、實時性、靈活性、易用性、傳輸距離遠、成本低等方面有著明顯的優(yōu)勢，在工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛，逐漸取代了RS485總線。在傳統(tǒng)的工業(yè)控制中，現(xiàn)場的傳感器與控制器之間總是以4～20mA的直流電流或15V的直流電壓來傳遞信息的[1]。隨著工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)正向著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和開放化的方向發(fā)展，模擬傳輸漸漸被數(shù)字傳輸所取代。而現(xiàn)場總線則可以很好地適應(yīng)工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展的趨勢，是對成熟控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本變革?，F(xiàn)場總線是用于過程控制中現(xiàn)場儀表與控制室之間的一個標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、雙向的多站數(shù)字通信系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線正在迅速發(fā)展?，F(xiàn)場總線技術(shù)將各種智能芯片置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自具有數(shù)字計算和通信能力，采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個測量控制儀表連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微型計算機化測量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實際需要的自動控制系統(tǒng)。簡而言之，它把單個分散的測量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)[3]?，F(xiàn)場總線的種類主要有：基金會現(xiàn)場總線FF、ProfiBus總線、WorldFIP總線、ControlNet總線、CAN總線等 。 CAN總線CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達1MBPS。由于其卓越性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等工作[4]。CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識碼由11位或29位二進制數(shù)組成。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。CAN 總線采用多主競爭的工作方式和非破壞性總線仲裁技術(shù)，總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動退出發(fā)送，而優(yōu)先級較高的節(jié)點不受影響，大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。在網(wǎng)絡(luò)負載很重的情況下，也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況。CAN總線通信格式采用短幀格式，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設(shè)計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。CAN總線協(xié)議已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價比高，特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊[4]。由于CAN總線具有上述優(yōu)點，所以本設(shè)計采用基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)的設(shè)計總體上分為三個部分，上位機部分（包括CAN總線接口），CAN總線，下位機部分（包括CAN總線接口）。系統(tǒng)框圖在CAN總線上掛接兩路傳感器節(jié)點和一路監(jiān)測節(jié)點。溫度傳感器節(jié)點使用K型熱電偶和集成溫度傳感器AD590采集溫度信號；壓力傳感器節(jié)點使用兩個MPX53DP壓力傳感器采集信號；上位機使用工控機或通用PC機對所采集的數(shù)據(jù)進行在線監(jiān)測。本設(shè)計主要負責(zé)下位機傳感器節(jié)點的設(shè)計。下面分別介紹下位機節(jié)點中的溫度傳感器節(jié)點和溫度傳感器節(jié)點的設(shè)計。溫度傳感器節(jié)點設(shè)計。K型熱電偶把現(xiàn)場溫度轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的毫伏信號，經(jīng)放大電路放大成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號0～5V后，送A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC0832的數(shù)據(jù)采集輸入端口CH0進行A/D轉(zhuǎn)換，AD590傳感器采集到的毫伏電流信號經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成對應(yīng)毫伏電壓信號，再經(jīng)放大電路放大，送TLC0832的數(shù)據(jù)采集輸入端口CH1進行A/D轉(zhuǎn)換，兩個傳感器對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號分時經(jīng)TLC0832的8位A/D轉(zhuǎn)換后送單片機89C52。AD590采集到的溫度既作為一路采集溫度在上位機上顯示，又作為K熱電偶的冷端補償溫度。采樣信號在單片機中做相應(yīng)處理后在下位機上進行顯示，同時采用定時中斷的方式把采集的溫度、壓力信號經(jīng)CAN總線傳輸?shù)焦た貦C上進行遠程監(jiān)測。 基于CAN總線的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖壓力傳感器節(jié)點設(shè)計。兩個MPX53DP壓力傳感器把壓力轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的毫伏電壓信號，再經(jīng)放大電路放大后，經(jīng)TLC0832分時采集送單片機89C52，單片機處理后送顯示，通過定時中斷把采樣的壓力數(shù)字信號經(jīng)CAN總線送到上位機上實時顯示。在2個下位機傳感器節(jié)點上，