【正文】 它們各自具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通訊能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線等作為總線，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換 ，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng) [1]。 現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 52 頁(yè) +85176?，F(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟(jì)、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(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果 。目前，在研制高精度，高性能，多功能的測(cè)量?jī)x表時(shí)，幾乎沒(méi)有不考慮使用單片機(jī)使之成為智能儀表的。 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況 ?? 傳統(tǒng)的機(jī)械式溫度檢測(cè)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(cè)溫原理不同，不同的儀表在報(bào)警、記錄、控制信息遠(yuǎn)傳等方面有較大的差別。 本系統(tǒng)還適用于 在 糧倉(cāng) 、 北方暖氣和熱水供應(yīng)中心 、 大面積水泥鋪建等多種場(chǎng)合 。主控端的時(shí)鐘芯片選用 DS12887， EEPROM 存儲(chǔ)芯片選用戶 AT24C16，顯示屏采用 FM12232B液晶模塊。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)。監(jiān)控端的溫度傳感器采用數(shù)字傳感器 DS18B20， 系統(tǒng)設(shè)置溫度傳感器的闡值為 50℃ 。 關(guān)鍵詞 ： CAN 總線； DS18B20； AT89S52 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 52 頁(yè) 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(lái)由于微電子的進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益廣泛，智能化測(cè)量?jī)x表己經(jīng)取得巨人的進(jìn)步，以單片機(jī)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(guó) Dallas 半導(dǎo)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(shù)。 使你可以充分發(fā)揮 “ 一線總線 ” 的優(yōu)點(diǎn)。C 范圍內(nèi)，精度 為 177。 適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量 ，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子 產(chǎn)品等。 現(xiàn)場(chǎng)總線是 20 世紀(jì) 80年代中期在國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的。之后，世界上各大公司推出了各種智能儀表。 現(xiàn)場(chǎng)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(shè)備一對(duì)一的分別進(jìn)行連線的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí) ， 國(guó)際上一些大的半導(dǎo)體廠商也積極開(kāi)發(fā)出支持 CAN總線的專用芯片。 對(duì)機(jī)動(dòng)車輛總線和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的需求有許多相似之處 ， 即較低的成本、較高的實(shí)時(shí)處理能力和在惡劣的強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠的工作。同時(shí) ， 由于 CAN 總線可以提供較高的安全性 ， 因此在醫(yī)療領(lǐng)域、紡織機(jī)械和電梯控制中也得到廣泛應(yīng)用。這些領(lǐng)域大都以較為準(zhǔn)確但效率非常之低的檢測(cè)手段為主，如目前國(guó)內(nèi) 80%的紡織企業(yè)對(duì)工作環(huán)境溫度的檢測(cè)仍采用溫度計(jì)表的形式?，F(xiàn)場(chǎng)總線就是順應(yīng)這一形勢(shì)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。 其 在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動(dòng)化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用背景 [2]。因此現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一個(gè)控制技術(shù)新時(shí)代的開(kāi)端 [2]。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)碼可由 11 位或 29 位二進(jìn)制數(shù)組成 ， 因此可以定義 211 或 229 個(gè)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(diǎn)同時(shí)接受到相同的數(shù)據(jù) ， 這一點(diǎn)在分步式控制中非常重要； ⑤ 數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為 8 個(gè)字節(jié) ， 可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令 ， 工作狀態(tài)及測(cè)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(yīng)用領(lǐng)先推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng)，由于其卓越性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 52 頁(yè) 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(mén)。 ?? CANbus 的基本工作原理 CAN 總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 所示，是一個(gè)典型的串行總線的結(jié)構(gòu)形式。 以下將對(duì) 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(shí)間均無(wú)損失。所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)接收到在總線上傳送的報(bào)文，并在正確接收后發(fā)出應(yīng)CAN 節(jié)點(diǎn) CAN 節(jié)點(diǎn) CAN 節(jié)點(diǎn) … 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 52 頁(yè) 答確認(rèn)。這種特性叫做遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求（ RTR）。一旦新節(jié)點(diǎn) 加入到網(wǎng)絡(luò)中，它就開(kāi)始接收信息，判別信息標(biāo)識(shí)，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(diǎn) ： ① 廢除傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，可以多主方式工作； ② 采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)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(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8 個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時(shí)間短； ④ 每幀數(shù)據(jù)都有 CRC 校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)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(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一對(duì)多及廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)。目標(biāo)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(wù)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(yīng)用在不同的領(lǐng)域和場(chǎng)合。機(jī)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(hào)電平狀 態(tài)代表意義等；電信號(hào)特征包括對(duì)應(yīng)電平信號(hào)的邏輯信號(hào)、信號(hào)的傳輸時(shí)序、數(shù)據(jù)采樣方式等。對(duì)于 50m長(zhǎng)的總線，最大波特率是 1Mbps，而對(duì)于 150m的總線，波特率約為?！帮@性”和“隱性”同時(shí)發(fā)送時(shí)，最后總線數(shù)值將顯示為“顯性”?？偩€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(yuǎn)程幀之間提供附 加的延時(shí)。不同之處在于每幀的標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度不同：標(biāo)準(zhǔn)幀的標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度為 11位，而擴(kuò)展幀的長(zhǎng)度則為 29位。 數(shù)據(jù)幀由 7個(gè)不同的位場(chǎng)組成，即幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、 CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束。只有在總線處于空閑狀態(tài)時(shí)才允許站開(kāi)始發(fā)送。其結(jié)構(gòu)如圖 。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼指出數(shù)據(jù)場(chǎng)的字節(jié)數(shù)目。與數(shù)據(jù)幀相反，遠(yuǎn)程幀的 RTR位是隱性位?；顒?dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志由 6個(gè)連續(xù)的顯性位組成，認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志由 6個(gè)連續(xù)的隱性位組成。超載界定符由 8個(gè)隱性位組成，與出錯(cuò)界定符具有相同的形式。對(duì)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(gòu)，為軟件的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。如果屏蔽寄存器的每一位為 1，那么這一位會(huì)自動(dòng)接收，無(wú)須與濾波寄存器的相應(yīng)位進(jìn)行比較。 3 基于 CAN 多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。溫度傳感器應(yīng)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(jī)是美國(guó) 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(chǔ)器 (FPEROM)的 8 位 COMS 微控制器。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)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(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S52 單片機(jī) 主要性能 ： ● 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ● 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 ● 1000 次擦寫(xiě)周期 ● 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ● 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 ● 32 個(gè)可編程 I/O 口線 ● 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ● 八個(gè)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(mén)狗定時(shí)器 ● 雙數(shù)據(jù)指針 ● 掉電標(biāo)識(shí)符 SJA1000 控制器 SJA1000 是一個(gè)獨(dú)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(qiáng)，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(gòu)框圖如圖 所示。發(fā)送緩沖區(qū)可存儲(chǔ)一個(gè)完整的信息幀，長(zhǎng)度為 13 字節(jié)。 CPU 的控制經(jīng) IML 把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)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(fù)責(zé)傳送層中調(diào)制器的錯(cuò)誤管制，它接收 BSP 的出錯(cuò)報(bào)告，促使 BSP 和 IML 進(jìn)行錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì) [14]。它與 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，最高速率可達(dá) IMbps，采用斜率控制可降低射頻干擾，并且其未上電節(jié)點(diǎn)不會(huì)千擾總線。 （ 1） 82C250 的主要特性如下： ① 與 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)完全兼容 ② 高速（最高可達(dá) 1Mbps） ③ 具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾，保護(hù)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(hù) ⑥ 電源和地之間的短路保護(hù) ⑦ 低電流待機(jī)模式 ⑧ 未上電節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無(wú)影響 ⑨ 可連接 110 個(gè)節(jié)點(diǎn) （ 2） PCA82C250 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) PCA82C250 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jī)。對(duì)于較低速度或較短總線長(zhǎng)度，可用非屏蔽雙絞線或平行線作總線。由于在待機(jī)模式下接收器是慢速的，因此第一個(gè)報(bào)文將被丟失。在實(shí)際應(yīng)用中， CAN 總線大都用在如汽車和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制等的環(huán)境中，環(huán)境對(duì)電路的影響很大，所以為減少這些干擾，在設(shè)計(jì) CAN 總線的節(jié)點(diǎn)時(shí)，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(guò)高速光耦與 82C250 相連，這樣就能很好地實(shí)現(xiàn)總線上各 CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。模擬溫度傳感器根據(jù)輸出的信號(hào)還可以細(xì)分為電流型和電壓型。 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 52 頁(yè) 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(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè) 1 攝氏度的信號(hào)是不適用的。 在多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是將模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測(cè)溫精度，就必須采