【正文】 控制節(jié)點(diǎn) N 控制節(jié)點(diǎn) 1 RS232 適配卡 LED 顯示 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。 CAN 節(jié)點(diǎn)只需要通過對(duì)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。 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 134μs 內(nèi)得到傳輸。 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)。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(duì)數(shù)據(jù)解包處理，提取有效數(shù)據(jù)。 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。并且運(yùn)用 C8051F040 設(shè)計(jì)出來的溫度控制系統(tǒng)有著較好的市場(chǎng)前景，順 應(yīng)技術(shù)的發(fā)展。 其中 C8051F040 內(nèi)集成了完全支持 CAN2． 0A 和 CAN2． 0B 的 CAN 控制器，獨(dú)立的消息 RAM 可以處理 32 條消息 對(duì)象，每個(gè)消息對(duì)象都可以進(jìn)行發(fā)送和接收濾波，最高工作速率達(dá)到 1Mb／ s，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(jìng)爭(zhēng)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。 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 MCS51 完全兼容的指令內(nèi)核 ?，F(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)通過傳感器收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù) 采集各種資料，由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控軟件進(jìn)行處理并進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。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。 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(duì)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)，使其在抗干擾以及錯(cuò)誤檢測(cè)等方面的性能均大大提高。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。目前，溫度測(cè)量領(lǐng)域的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，新產(chǎn)品也層出不窮。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(jiǎn)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)。 溫 度 檢測(cè) 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)。于是 ， 他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線 ， 所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。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)。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。現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù) 總線領(lǐng)域中最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域。 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。 1 引言 控制器局域網(wǎng) (CAN)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 Mb／ s，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)。 結(jié)論 .......................................... 32 致謝 .......................................... 32 參考文獻(xiàn) .......................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 JTAG 接口電路設(shè)計(jì) ............................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽?？傮w來說，本設(shè)計(jì)的檢測(cè)范圍較廣、穩(wěn)定性和精度較高、設(shè)備簡(jiǎn)易、性價(jià)比高，很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境溫的實(shí)時(shí)檢測(cè) 。本次設(shè)計(jì)采用 Cygnal 公司的 c8051f040 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(duì)環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)。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。 關(guān)鍵詞 CAN 總線 C8051F040 DS18B20 傳感器 TJA1050 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要 Title The hardware circuit Based on CAN temperature detection system Abstract CAN Bus is a multimaster way of serial munication protoco, has high bit rate, high resistance to electromagic interference and supports realtime control with a very high level. Therefore, CAN bus have been widely used in the automobile industry, aviation industry and industrial control fields which require high level of realtime. This design uses Cygnal39。 系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì) ............................................ 24 系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) ............................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 附錄 1 ............................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。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(jiǎn)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(chǎng)總線之一 【 1】 。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。現(xiàn)場(chǎng)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)。為此， 1991 年 9 月 PHILIPS SEMICONDUCTORS 制訂并發(fā)布了 CAN 技術(shù)規(guī)范（ ）。 1 選題背景與依據(jù) 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。 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）。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(cè)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(zhǎng) ， 這對(duì)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大起著十分重要的作用 ； 糧食的儲(chǔ)存也需要對(duì)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(cè) 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(duì)某項(xiàng)研究起到的作用。但是，這些要求 長(zhǎng)時(shí)間未能得到很好的解決，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。主要表現(xiàn)在以下兩方面： 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(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件； 在溫度測(cè)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)。 選題意義 在以往的國內(nèi)測(cè)控領(lǐng)域，在總線選擇上，大多采用 BITBUS 或 RS485 作為通信總線。 CAN 的上述特點(diǎn)使其成為諸多工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域中首選的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。溫度自動(dòng)化控制器與計(jì)算機(jī)連接，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)遠(yuǎn)距離通訊。 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。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)。我們選用 c8051f040 單片機(jī) 微處理器來完成這次的溫度檢測(cè)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。 系統(tǒng)綜述 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。主要控制電路包括：電源電路 ， JATG 電路， CAN 收發(fā)器電路，時(shí)鐘電路，報(bào)警電路，顯示電路。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(duì)溫度的實(shí)時(shí)顯示。其結(jié)構(gòu)如圖 1 圖 2 所示。 CAN 采用非破壞總線仲裁技術(shù)。 CAN 的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km（速率 5kbps 以下）；通信速率最高可達(dá) 1Mbps（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為 40m）。 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。 CAN 協(xié)議支持兩種報(bào)文格式，其唯一的不同是標(biāo)識(shí)符 (ID)長(zhǎng)度不同，標(biāo)準(zhǔn)格式為 11 位，擴(kuò)展格式為 29 位 [1]。它還包括一個(gè)保留位 (ro)，為將來擴(kuò)展使用。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?qǐng)?bào)文的接收站發(fā)送主控電平 (邏輯 0)覆蓋它。 Philips、 Intel、 Siemens 的 CAN 芯片均支持 BasicCAN 和 PeliCAN。 PART A 的設(shè)備只能用標(biāo)準(zhǔn)的 CAN 協(xié)議發(fā)送和接收。 數(shù)據(jù)鏈路層定義了報(bào)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? 殘余數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的概率可以通過對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的統(tǒng)計(jì)測(cè)量獲得。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)。 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。按測(cè)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。注意 R 的阻值不能取得太大，以保證 AD590 兩端電壓不低于 3V。 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，并由新成立的荷蘭 Smartec 公司對(duì)其進(jìn)行市場(chǎng)化。該款溫度傳感器因其特殊工藝，分辨率優(yōu)于 。 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(jiǎn)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。 通過比較這兩種方案，本設(shè)計(jì)最終選定 C8051F040 單片機(jī) 作為本溫度測(cè)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 CIP51 微控制器，它與 MCS51 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)。 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。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 DS18B20 實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度采集。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 。 LMPT100、 LMPT1000 熱電阻溫濕度傳感器還可以和LM8052NET 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。并且 DS18B20 轉(zhuǎn)換速度快，節(jié)約 I\O 口， 直接輸出數(shù)字量，無須外加 A/D 轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)單方便。 RS232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。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(duì)溫度測(cè)控的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，使得系統(tǒng)性能不穩(wěn) 定。 通過 對(duì)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。能顯示測(cè)得溫、濕度值和系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)等。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。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。TJA