【正文】 它們各自具有了數(shù)字計算和數(shù)字通訊能力，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網(wǎng)絡系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機化測量控制設備之間及現(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 ，形成各種適應實際需要的自動控制系統(tǒng) [1]。 現(xiàn)場溫度直接 以 “ 一線總線 ” 的數(shù)字 方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。C， 在 10～ 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設計 第 6 頁 共 52 頁 +85176?，F(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟、更靈活、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實際應用中取得了良好的測溫效果 。目前，在研制高精度，高性能，多功能的測量儀表時，幾乎沒有不考慮使用單片機使之成為智能儀表的。 國內(nèi)外相關技術發(fā)展概況 ?? 傳統(tǒng)的機械式溫度檢測儀表己經(jīng)有上百年的歷史了，一般均具有指示溫度的功能，由于測溫原理不同，不同的儀表在報警、記錄、控制信息遠傳等方面有較大的差別。 本系統(tǒng)還適用于 在 糧倉 、 北方暖氣和熱水供應中心 、 大面積水泥鋪建等多種場合 。主控端的時鐘芯片選用 DS12887， EEPROM 存儲芯片選用戶 AT24C16，顯示屏采用 FM12232B液晶模塊。 系統(tǒng)設計分為主控模塊和監(jiān)控模塊。主控監(jiān)控兩模塊的微處理器都采用 AT89S52單片機。監(jiān)控端的溫度傳感器采用數(shù)字傳感器 DS18B20， 系統(tǒng)設置溫度傳感器的闡值為 50℃ 。 關鍵詞 ： CAN 總線； DS18B20； AT89S52 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設計 第 2 頁 共 52 頁 BASED ON CAN BUS MULTIPOINT TEMPERATURE MONITORING AND ALARMING SYSTEM DESIGN ABSTRACT This paper designs a multipoint temperature detection and alarm system based on CAN bus , this system is mainly used to monitor the temperature of granary, to ensure the safety of the stored grain. This system is divided into the main control module and the surveillance module. The microprocessor of the main control module and the surveillance module both use DSP AT89S52 microcontroller. In order to achieve realtime monitoring and measuring of the surveillance module,CAN munications circuits are designed at the port of the main control module and the surveillance module,which is posed by the controller SJA1000 and the 82C250 munications interface. In addition, the external circuit section of the main control module includes the clock circuit modules, EEPROM memory circuit module, serial munication circuit module, decoding circuit modules, LCD modules。今年來由于微電子的進步以及計算機應用的日益廣泛，智能化測量儀表己經(jīng)取得巨人的進步，以單片機為主體的溫度控制器取代了傳統(tǒng)的儀器儀 表。 溫度傳感器的發(fā)展概況 ?? 美國 Dallas 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板專利技術。 使你可以充分發(fā)揮 “ 一線總線 ” 的優(yōu)點。C 范圍內(nèi)，精度 為 177。 適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量 ，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子 產(chǎn)品等。 現(xiàn)場總線是 20 世紀 80年代中期在國際上發(fā)展起來的。之后，世界上各大公司推出了各種智能儀表。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用的按控制回路要求，設備一對一的分別進行連線的結(jié)構形式。同時 ， 國際上一些大的半導體廠商也積極開發(fā)出支持 CAN總線的專用芯片。 對機動車輛總線和對現(xiàn)場總線的需求有許多相似之處 ， 即較低的成本、較高的實時處理能力和在惡劣的強電磁干擾環(huán)境下可靠的工作。同時 ， 由于 CAN 總線可以提供較高的安全性 ， 因此在醫(yī)療領域、紡織機械和電梯控制中也得到廣泛應用。這些領域大都以較為準確但效率非常之低的檢測手段為主，如目前國內(nèi) 80%的紡織企業(yè)對工作環(huán)境溫度的檢測仍采用溫度計表的形式。現(xiàn)場總線就是順應這一形勢發(fā)展起來的新技術。 其 在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動化系統(tǒng)中具有廣泛的應用背景 [2]。因此現(xiàn)場總線技術是一個控制技術新時代的開端 [2]。采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，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)點同時接受到相同的數(shù)據(jù) ， 這一點在分步式控制中非常重要； ⑤ 數(shù)據(jù)段長度最多為 8 個字節(jié) ， 可滿足通常工業(yè)領域中控制命令 ， 工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求 。 CANbus 的產(chǎn)生與發(fā)展 控制器局部網(wǎng)（ CAN－ CONTROLLER AREA NETWORK）是 BOSCH 公司為現(xiàn)代汽車應用領先推出的一種多主機局部網(wǎng)，由于其卓越性能現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)自動化、 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設計 第 9 頁 共 52 頁 多種控制設備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境 控制等眾多部門。 ?? CANbus 的基本工作原理 CAN 總線的拓撲結(jié)構如圖 所示，是一個典型的串行總線的結(jié)構形式。 以下將對 CAN 總線的 基本通信工作原理 做一介紹。這種仲裁規(guī)則可以使信息和時間均無損失。所有節(jié)點都會接收到在總線上傳送的報文，并在正確接收后發(fā)出應CAN 節(jié)點 CAN 節(jié)點 CAN 節(jié)點 … 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設計 第 10 頁 共 52 頁 答確認。這種特性叫做遠程發(fā)送請求（ RTR）。一旦新節(jié)點 加入到網(wǎng)絡中，它就開始接收信息，判別信息標識，然后決定是否作處理或直接丟棄。 CANbus 的 特征 （ 1） CAN 總線有如下基本特點 ： ① 廢除傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼，可以多主方式工作； ② 采用非破壞性仲裁技術，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡上傳送數(shù)據(jù)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)點可不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突； ③ 采用短幀結(jié)構，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8 個，數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時間短； ④ 每幀數(shù)據(jù)都有 CRC 校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽?性，適于在高干擾環(huán)境下使用； ⑤ 節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其他操作不受影響； ⑥ 可以點對點，一對多及廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)。目標層和傳輸層包含所有由 ISO/OSI 模型定義的數(shù)據(jù)鏈路層的服務和功能。 PMA 子層和 MDI 子層有多種規(guī)范，由不同的組織制定，可應用在不同的領域和場合。機械特征包括連接器尺寸、類型等； 電氣特性包括最大傳輸速率、最大傳輸距離、信號電平狀 態(tài)代表意義等；電信號特征包括對應電平信號的邏輯信號、信號的傳輸時序、數(shù)據(jù)采樣方式等。對于 50m長的總線，最大波特率是 1Mbps，而對于 150m的總線，波特率約為?！帮@性”和“隱性”同時發(fā)送時，最后總線數(shù)值將顯示為“顯性”。總線位的數(shù)值表示如圖 所示。 超載幀：超載幀用以在相鄰的數(shù)據(jù)幀或遠程幀之間提供附 加的延時。不同之處在于每幀的標識符的長度不同：標準幀的標識符長度為 11位，而擴展幀的長度則為 29位。 數(shù)據(jù)幀由 7個不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、 CRC場、應答場和幀結(jié)束。只有在總線處于空閑狀態(tài)時才允許站開始發(fā)送。其結(jié)構如圖 。數(shù)據(jù)長度碼指出數(shù)據(jù)場的字節(jié)數(shù)目。與數(shù)據(jù)幀相反，遠程幀的 RTR位是隱性位?；顒渝e誤標志由 6個連續(xù)的顯性位組成，認可錯誤標志由 6個連續(xù)的隱性位組成。超載界定符由 8個隱性位組成，與出錯界定符具有相同的形式。對這一概念的理解有助于深刻了解 CAN協(xié)議的原理及其硬件結(jié)構，為軟件的實現(xiàn)打下基礎。如果屏蔽寄存器的每一位為 1，那么這一位會自動接收，無須與濾波寄存器的相應位進行比較。 3 基于 CAN 多點溫度檢測系統(tǒng)的總體設計 系統(tǒng)總體方案設計 溫度檢測系統(tǒng)有則共同的特點：測量點多、環(huán)境復雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠等。溫度傳感器應用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。 系統(tǒng)組成框圖如下圖 。 微處理器 AT89S51/52 系列單片機是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能的片內(nèi)有4K/8K 快閃可編程 /擦除只讀存儲器 (FPEROM)的 8 位 COMS 微控制器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S52 單片機 主要性能 ： ● 與 MCS51 單片機產(chǎn)品兼容 ● 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 ● 1000 次擦寫周期 ● 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ● 三級加密程序存儲器 ● 32 個可編程 I/O 口線 ● 三個 16 位定時器 /計數(shù)器 ● 八個中斷源 ● 全雙工 UART 串行通道 ● 低功耗空閑和掉電模式 ● 掉電后中斷可喚醒 ● 看門狗定時器 ● 雙數(shù)據(jù)指針 ● 掉電標識符 SJA1000 控制器 SJA1000 是一個獨立的 CAN 控制器， SJA1000 是 PHILIPS 公司早期 CAN 控制器PCA82C200 的替代品，功能更強，增加了一種新的工作模式 (PeliCAN)，這種模式支持 協(xié)議 [9]~[12]。 SJA1000 的硬件結(jié)構框圖如圖 所示。發(fā)送緩沖區(qū)可存儲一個完整的信息幀，長度為 13 字節(jié)。 CPU 的控制經(jīng) IML 把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入 TXB， TXB 中的數(shù)據(jù)由 BSP 處理后經(jīng) BTL 輸出到CAN 總線。 EML 負責傳送層中調(diào)制器的錯誤管制，它接收 BSP 的出錯報告，促使 BSP 和 IML 進行錯誤統(tǒng)計 [14]。它與 ISO11898 標準完全兼容，最高速率可達 IMbps，采用斜率控制可降低射頻干擾，并且其未上電節(jié)點不會千擾總線。 （ 1） 82C250 的主要特性如下： ① 與 ISO11898 標準完全兼容 ② 高速（最高可達 1Mbps） ③ 具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾，保護總線能力 ④ 采用斜率控制（ Slope Control），降低射頻干擾（ RFIRadio Frequency Interference） ⑤ 熱保護 ⑥ 電源和地之間的短路保護 ⑦ 低電流待機模式 ⑧ 未上電節(jié)點對總線無影響 ⑨ 可連接 110 個節(jié)點 （ 2） PCA82C250 的內(nèi)部結(jié)構 PCA82C250 的內(nèi)部結(jié)構框圖如圖 所示。引腳 sR 可用于選擇三種不同的工作模式：高速、斜率控制和待機。對于較低速度或較短總線長度，可用非屏蔽雙絞線或平行線作總線。由于在待機模式下接收器是慢速的，因此第一個報文將被丟失。在實際應用中， CAN 總線大都用在如汽車和工業(yè)現(xiàn)場控制等的環(huán)境中，環(huán)境對電路的影響很大，所以為減少這些干擾，在設計 CAN 總線的節(jié)點時，通常在電路中使用高速光耦，如 6N137 等，使 SJA1000 的 TX0 與 RX0 不直接與 82C250 的 TXD和 RXD 相連，而是通過高速光耦與 82C250 相連，這樣就能很好地實現(xiàn)總線上各 CAN節(jié)點間的電氣隔離。模擬溫度傳感器根據(jù)輸出的信號還可以細分為電流型和電壓型。 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設計 第 21 頁 共 52 頁 如果系統(tǒng)選擇采用熱敏電阻，則可滿足 40 攝氏度至 90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復性、可靠性較差，對于檢測 1 攝氏度的信號是不適用的。 在多點測溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測溫方法是將模擬信號遠距離采樣進行 AD 轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測溫精度，就必須采