【正文】 ....................................... 35 調(diào)試和總結(jié) ........................................................... 35 結(jié)論 .............................................................. 36 致謝 .............................................................. 37 參考文獻 ........................................................... 38 計算機信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 III 前 言 在現(xiàn)代的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和通信系統(tǒng)中，各種復(fù)雜的環(huán)境 （包括溫度、濕度） 都會影響設(shè)備的安全 ，甚至在人員進出時不能確定內(nèi)部的情況而 對人身安全 都 不能確保。 而小型單片機系統(tǒng)能有效的解決了這些問題。 如果運用于實際，只需在總線上添加 監(jiān)測點 ，就可以實現(xiàn)分布式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。計算機信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 1 第 1 章 緒論 課題背景及其意義 在早期，人們常用的方法是用人員對庫房進行相關(guān)的溫度，濕度的監(jiān)測，但是人工讀取數(shù)值有很大的誤差和操作 等錯誤 原因，所以這種方式在測量溫濕度時不僅速度慢，而且準(zhǔn)確性很低，使 樣品不具有代表性，更使 監(jiān)測結(jié)果失去了其原來的意義，而且在控制當(dāng)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。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 。 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(yīng)用。 但是 在我國，溫度監(jiān)測和控制的情況還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到工廠所要求的程度，在 和 發(fā)達(dá)技術(shù)國 家 相比較，還是有一段較大的 距離 要克服。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(yuǎn)，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 。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。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。所以 RS485 總線在未來的工業(yè)應(yīng)用中范圍將會越來越不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 但目前的以太網(wǎng)技術(shù)，如果直接應(yīng)用于控制仍有很大的差距和不足的領(lǐng)域 。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。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。所以以太網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)在計算機信息工程學(xué)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 。 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(dāng)前 基于 CAN 總線的分布式遠(yuǎn)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 。 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(yán)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。使企業(yè)的經(jīng)濟得到保障。 （ 2）避免了因為人員讀數(shù)誤差，或者反 應(yīng)不及時而導(dǎo)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。 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。 后者速 率為 10～ 125kbps 的 開環(huán)總線，最大長度為 1km／40kbps。 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(dá) 110 個。 （ 3）采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機制，當(dāng)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)。 （ 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)。節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線 的功能，以使總線上的其他節(jié)點操作不受影響。 CAN 總線節(jié)點一般由微處理器MCU、 CAN 控制器、 CAN 收發(fā)器三部分組成。常用的集成 CAN 控制器有 Philips 公司的 PCx82C200、 SJA1000 等，目前也出現(xiàn)了多種內(nèi)部集成 CAN 控制器的單片機，如 C8051F040 單片機等。發(fā)送器的任務(wù)是將 CAN 控制器輸出的較弱信號放大，使之達(dá)到 CAN 導(dǎo)線上的信號電平和控制單元輸入端的信號電平。 本 軟件設(shè)計中只用到了數(shù)據(jù)幀，它采用了 11 位標(biāo)識符 。只有在總線空閑時才允許節(jié)點開始發(fā)送（信號）。對于 標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)識符長度為 11 位，按 ID10到 ID0 的順序發(fā)送，最低位是 ID0， 7 個最高位 ID10ID4 不能全是“隱性”，如圖 22所示。 圖 23 控制場結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀里的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。為進行 CRC 計算，被除的多項式系數(shù)由無填充的位流給定。 （ ACK Field） 應(yīng)答場長度為 2 個位，包含 ACK 間隙和 ACK 界定符，如圖 25 所示。因此， ACK 間隙被兩個“隱性”的位所包圍，也就是 CRC界定符和 ACK 界定符。 計算機信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 第 3 章 硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案 在本設(shè)計中，我們將 CAN 總線作為通信方式，通過將各個節(jié)點串聯(lián)，因為 CAN 總線通信距離很遠(yuǎn)，所以每個節(jié)點可以放在庫房的不同地方，這樣就可以采集到不一樣的溫度數(shù)據(jù)。另外，本系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)都應(yīng)該有可靠性的思想，要選用可靠性高的元器件。 STC89C52RC 處理器位數(shù)為 8 位，且內(nèi)置 flash存儲器，因此，它可以更方便更簡單的解決很多傳統(tǒng)單片機無法解決的問題。當(dāng)單片機進入掉電保護時，運存的數(shù)據(jù)被記錄下來，而晶振則停止運行，在系統(tǒng)被復(fù)位或下一次中斷之前，整個系統(tǒng)都被終止運行。 （ 2)時鐘源 XTAL1 —— 第 19 腳， 作為 STC89C52RC中反相器的輸入端， XTAL1 正常情況下與晶振的一個引腳相連。特殊情況下，如果使用外部源， XTAL2 就與信號源相連，作為外部信號的輸入端使用。在電源信號無電時， RST/VPD 就連通備用電，從而確保系統(tǒng)信息無損失。 P2 口 —— 第 21~28 腳，與 P1 口一個功能類似，它是 8 位的雙向 I/O 口，并且含有上拉電阻。而且每一個引腳都可以單獨選擇任一功能使用。 SJA1000 的 AD0~AD7 連接到 STC89C52RC 的 P0 口， CS 連接到 STC89C52RC的 ， 為 0 的 CPU 片外存貯器地址可選中 SJA1000， CPU 通過這些地址可對SJA1000 執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作。不過應(yīng)該特別說明的一點是：光耦計算機信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 13 部分電路所采用的兩個電源 VCC 和 VDD 必須完全隔離。BasicCAN 和 PeliCAN 方式的區(qū)別如下：在 PeliCAN 方式下 SJA1000 有一個重新設(shè)計的含很多新功能的寄存器組，其支持 協(xié)議規(guī)定的所有功能（ 29 位的標(biāo)識符）。最長為 13B（ PeliCAN 方式）。在純粹的接收測試中，所有的報文都保存在 RXFIFO 中。 BTL 還提供了可編程的時間段來補償傳播延遲時間、（相位轉(zhuǎn)換例如由于振蕩漂移所引起的）以及定義采樣點和每一位的采樣次數(shù)。 SJA1000 的內(nèi)部寄存器地址區(qū)包括控制段和信息緩沖區(qū)。復(fù)位模式也可通過置位控制寄存器的復(fù)位請求位激活的。單片機通過讀狀態(tài)、中斷、接收緩沖器來獲取相關(guān)信息，通過寫發(fā)送緩沖 器和命令、控制寄存器來控制 CAN 總線通信和報文的收 /發(fā)。 82C250CAN 總線收器 最初是為汽車中的高速應(yīng)用（達(dá) 1Mbps）而設(shè)計的，器件對 總線提供差動發(fā)送能力，對 CAN 控制器提供差動接收能力 ，完全符合“ ISO11898”標(biāo)準(zhǔn)。 雙線差分驅(qū)動有助于抑制汽車等惡劣電器環(huán)境下的瞬變干擾 。 ②待機模式： RS 引腳接高電平可選擇待機工作模式，此時發(fā)送器被關(guān)閉，接收器處于低電流工作，可以對 CAN 總線上的顯性位做出反應(yīng)，通知 MCU。當(dāng)總線 使用非屏蔽電纜時，收發(fā)器必須滿足電磁兼容等條件 ， 為了減少因電平快速上升而引起的電磁干擾，引入了斜率控制方式 ， RS 用于控制電壓上升和下降斜率，從而減小射頻干擾。 //若為工作模式，則 CPU 處于等待 acceptancecode=0x01。 //總線定時寄存器 1， T1=13TSCL， T2=2TSCL， 位時間 =16TSCL， 波特率為 125kbit/s outputcontrol=0x1A。 //清復(fù)位請求，使其進入工作狀態(tài) ，并置超載、錯誤、接收中斷使能，關(guān)發(fā)送中斷 } ，由 CAN 控制器 SJA1000 獨立完成，將命令寄存器里的發(fā)送請求標(biāo)志置位，即可發(fā)送 SJA1000 發(fā)送緩沖區(qū)中的報文。 //=1 正在接收，等待 while (!(statusamp。 //=0,發(fā)送緩沖器被鎖。 //開始發(fā)送 8 個字節(jié)的數(shù)據(jù) Transmitbuffer4= txdata[1]。 Transmitbuffer9= txdata[6]。 SJA1000 自動接收發(fā)往該節(jié)點的數(shù)據(jù)并將收到的數(shù)據(jù)放到它的接收緩沖器中。 If (iramp。 RxID[1] = Receivebuffer2。 計算機信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 18 Rxdata[2] = Receivebuffer5。 Rxdata[6] = Receivebuffer9。0x10) /*如果是遠(yuǎn)程幀，則作相應(yīng)處理 */ { /*相應(yīng)處理程序 */ } } EA= 1。讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。其 結(jié)構(gòu)如下 圖 所示： 計算機信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 19 8 位 C R C 校 驗 碼 4 8 位 序 列 號 8 位 出 廠 代 碼 ( 2 8 H )M S B L S B M S B L S B M S B L S B 圖 35 64 位 ROM 結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性 E2 PROM(高溫觸發(fā)器 TH，低溫觸發(fā)器 TL 和配置寄存器 )。這一過程確保了更改存儲器時數(shù) 據(jù)的完整性。如果在使用 DS18B20 的過程中不對其施加告警搜索命令，則第 2 和第 3 個字節(jié)可用作通用用戶存儲器，定義這兩個字節(jié)存儲該溫度傳感器在系 統(tǒng)中的序號，為每個溫度傳感器分配的序號在系統(tǒng)中是唯一的。 溫 度 低 字 節(jié)溫 度 高 字 節(jié)T HT L配 置 寄 存 器保 留保 留保 留C R CT HT L配 置 寄 存 器R A M B Y T E012345678E2P R O M 圖 36 高速暫存存儲器結(jié)構(gòu) 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。當(dāng)溫度值分辨率為 12bit 時， bit0bit10 的數(shù)據(jù)全部有效；當(dāng)分辨率為 11bit 時，bit0 的數(shù)據(jù)無效；分辨率為 10bit 時， bit0 和 bit1 的數(shù)據(jù)無效；分辨率為 9bit時， bit0、 bit1 和 bit2 的數(shù)據(jù)無效。 DS18B20 的測溫原理如下： 內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)， 低溫時振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時振蕩器的脈沖無法通過門電路。 本系統(tǒng) DS18B20 采用單總線系統(tǒng) (1Wire)，系統(tǒng)中的主機為單片機，從機為單總線器件 DS18B20 接在 STC89C52RC 的 口上 (如圖 38)。因此在單總線器件制作時都編制了唯一的芯片序列號，通過尋址就能把每個器件識別出來。單總線技術(shù)的作用距離一般達(dá)到200m，并允許掛接上百個器件。應(yīng)答脈沖使主機知道總線上有從機設(shè)備且準(zhǔn)備就緒。 //拉低總線 i= while(i0)i。若從機發(fā)送“ 1”，則總線繼續(xù)保持高電平；若發(fā)送“ 0”，則由從機拉低總線，在該時序結(jié)束后釋放總線，由上拉電阻將總線置為“ 1”狀態(tài)。 for(i=0。 //先拉低總線 _nop_()。i++) //每次發(fā)送一位，所以要循環(huán) 8 次 { if(WDataamp。 在知道了如何對單總線器件（這里為 DS18B20）進行讀寫后，就可以發(fā)送 ROM 命令和功能命令了。 首先看寫時序，初態(tài)由主機拉低總線，主機在拉低總線超過 1us 后，若釋放總線，由上拉電阻將總線拉