【正文】 用措施解決由長線傳輸，多點測量切換及放大電路零點漂移等造成的誤差補償問題。在 0100 攝氏度時，最大線形偏差小于 1 攝氏度。 采用溫度芯片 DS18B20 測量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個趨勢。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢 。華氏相當于是 67176。176。 ℃ ⑥ 可編程 的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 ⑦ 在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 ⑧ 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一 線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 ⑨ 負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩 率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2的脈沖輸入。圖 用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器 1的預(yù)置值。 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，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點測量切換及放大電路零點漂移等造成的誤差補償問題。在 0100 攝氏度時，最大線形偏差小于 1 攝氏度。采用溫度芯片DS18B20 測量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個趨勢。本 設(shè)計 應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢。液晶顯示器按功能分為段位式 LCD、字符式 LCD 和點陣式 LCD，前兩者只能顯示有限字符，而點陣式 LCD 不僅能顯示字符，還可以顯示漢字及各種圖形，并且可實現(xiàn)屏幕的上下左右滾動顯示，反轉(zhuǎn)顯 示以及顯示閃爍等功能，用途十分廣泛。 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 25 頁 共 52 頁 12232 是一種內(nèi)置 8192 個 1616 點漢字庫和 128 個 168 點 ASCII 字符集圖形點陣液晶顯示器 ， 它主要由行驅(qū)動器 / 列驅(qū)動器及 12832 全點陣液晶顯示器組成。 RAM 中的 1 位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個像素的亮暗，狀態(tài) 1 表示亮， 0 表示暗。 ⑤可以與 SED1520 級聯(lián)使用，以便擴展行列驅(qū)動能力。 系統(tǒng)采用針 對傳統(tǒng)溫度測溫系統(tǒng)測溫點少，系統(tǒng)兼容性及擴展性較差的特點，運用分布式通訊的思想。下位機與上位機通信的實現(xiàn)通過 CAN 總線控制器。在各節(jié)點的設(shè)計中，根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，設(shè)計相應(yīng)的功能電路以完成各部分的實際功能，主要包括各模塊微控制器電路、電源電路、 CAN 控制器接口電路以及其他功能電路的設(shè)計。圖 為微控制器最小系統(tǒng)電路圖。對主控模塊和檢測模塊的微控制器的設(shè)計來說，復(fù)位十分重要，這直接決定其是否正常工作。當上電。在復(fù)位電路中，系統(tǒng)具有上電與手動兩種方 式，手動或上電復(fù)位的工作過程是在加電時，復(fù)位電路通過電容加給 RST 端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著 Vcc 對電容的充電過程而逐漸回落。兩旁的電容可用 30177。各模塊 具體的硬件電路設(shè)計在下列小節(jié)做出詳細的闡述。 實際采用電路方案如上圖 所示。系統(tǒng)的 監(jiān)控模塊與主控模塊之間采用 CAN 總線進行數(shù)據(jù)傳 輸。 監(jiān)控模塊的功能模塊由微控制器、 CAN 通信電路、傳感器及外圍電路組成。 ③可直接與 80 系列微處理器相連，也可直接與 68 系列微處理器相連。 與外部 CPU 接口采用并行或串行方式控制。該類液晶模塊采用的驅(qū)動控制器都是 SED152O 或其兼容型驅(qū)動控制器。液晶顯示器具有體積小、外形薄、重量輕、耗能小、工作電壓低、無輻射，特別是視域?qū)?、顯示信息量大等優(yōu)點。而且集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。 這樣 ， 測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單 ， 體積也不大 ， 且由于微控制器可以帶多個 DSB1820， 因此可以非常容易實現(xiàn)多點測量 。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。該裝置信號線高的時候，內(nèi)部電容器，儲存能量通由 1 線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù) 。 DS18B20測溫原理如圖 所示。 DS18B20 的主要特性 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)： DS18B20 的外形及管腳排列如下圖 。C 至 +85176。 特點 ：獨特的一線接口，只需要一條口線通信多點能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用，無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 V至 V，無需備用電源，測量溫度范圍為 55 176。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。這樣 ， 測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單 ， 體積也不大 ， 且由于微控制器可以帶多個 DSB1820， 因此可以非常容易實現(xiàn)多點測量。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。 另 外， 這種測溫裝置的一根線上只能掛一個傳感器 ， 不能進行多點測量 。其優(yōu)點是常用、采購容易、 價格低廉，配合不同類型的 ADC，可實現(xiàn)不同檔次的精度需求。 模擬溫度傳感器，其輸出的信號通常是電流、電壓等線性信號，要通過信號前端調(diào)理電路和 AD 轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)數(shù)字化，才能輸入到 PIC 控制核心來運算。而 82C250 支持多達 110 個節(jié)點，并能以 1Mbps的速率工作于惡劣電氣環(huán)境下。若引腳 8 接高電平，則電路進入低電平待機模式，在這種模式下，發(fā)送器被關(guān)閉，接收器轉(zhuǎn)至低電流。在這種模式下，不采取任何措施限制上升和下降斜率，此時，建議使用屏蔽電纜以避免射頻干擾問題。雖然短路出現(xiàn)時功耗增加，但不致使輸出級損壞。 PCA82C250 是 CAN控制器和物理總線之間的接口，它最初為汽車中的高速通信（最高達 1Mbps）應(yīng)用設(shè)計 [12]。接收 FIFO 共有 64 個字節(jié)，遠遠超過 8X200的接收緩沖區(qū)，因而 SJA1000 的超載能力也大大加強。只有當接收的信息的識別碼與 ASP 檢驗相符時，接收信息才最終被寫入 RXB 或 RXFIFO中。 SJA1000 主要由接口管理邏輯 IML、信息緩沖器 (含發(fā)送緩沖器 TXB 和接收緩沖器 RXFIFO)、位流處理器 BSP、接收過濾器 ASP、位時序處理邏輯 BTL、錯誤管理邏輯 EML、內(nèi)部振蕩器及復(fù)位電路等構(gòu)成。 圖 SJA1000 的硬件結(jié)構(gòu)框圖 CAN 核心模塊負責 CAN 信息幀的收發(fā)和 CAN 協(xié)議的實現(xiàn)。它內(nèi)部自帶發(fā)送和接收緩沖，并有超強的錯誤報警和雙重濾波處理。最新的 89S 系列時鐘頻率支持到了 3MHz，包含看門狗定時器 WDT、 2 個數(shù)據(jù)指針等新功能，極大的增強了單單片機 CAN CAN 單片機 溫度傳感器 主控模塊 監(jiān)控模塊 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 17 頁 共 52 頁 片機的性能， 是目前取代 MCS51 單片機的主流芯片之一 。 AT89S52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。 AT89S52 具 有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。目前 CAN 總線已被公認為是最有前途的幾種現(xiàn)場總線之一。設(shè)計一種可以用于 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 16 頁 共 52 頁 大規(guī)模多點溫度的檢測報警系統(tǒng)。這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因為檢測環(huán)境復(fù)雜、測 量點多、信號傳輸距離遠及各種干擾的影響，會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。也就是說滿足下列兩等式之一，則報文被接收。信息幀仲裁場的標識符與濾波寄存器中的值比較，如果二者相等，則將信息裝入相應(yīng)的接收緩沖區(qū)。報文濾波技術(shù)實際是通過屏蔽寄存器和濾波寄存器來實現(xiàn)。有三種超載條件會導(dǎo)致超載標志的發(fā)送：一是要求延遲下一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀的內(nèi)部條件，二是在間歇場的第 1位和第 2位檢測到顯性位，三是如果 CAN節(jié)點在錯誤界定符 或超載界定符的第 8位（最后一位）采樣到一個顯性位，節(jié)點會發(fā)送一個超載幀（不是錯誤幀）。 錯誤幀由兩個不同場組成，第一個場由來自各站的錯誤標志疊加得到，第二個場是出錯界定符。數(shù)據(jù)字節(jié)的允許數(shù)目為 0～ 8。標準格式里的控制場包括數(shù)據(jù)長度碼 DLC， IDE位及保留位 r0；擴展格式里的控制場包括 DLC和兩個保留位 r1 和 r0。 而在擴展格式中，仲裁場由 29位標識符、 SRR位、 IDE位和 RTR位組成，標識符為 ～ ，如圖 。數(shù)據(jù) 幀的結(jié)構(gòu)如表 23所示。在標準格式中，仲裁場由 11 位標識符 ID和遠程發(fā)送請求位 RTR組成。以下將逐一對各幀的結(jié)構(gòu)做詳細介紹。 遠程幀：總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀。在總線空閑或“隱性”位期間，發(fā) 送“隱性”狀態(tài)。 圖 總線位的數(shù)值表示 CAN 總線上的 電平形式中的總線數(shù)值為兩種互補邏輯數(shù)值之一：“顯性”或“隱性”。 表 22 CAN 總線長度與傳輸距離的關(guān)系 CAN 總線波特率 任意兩節(jié)點間的最大距離 1Mbps 40m 500kbps 130m 250kbps 270m 125kbps 530m 100kbps 620m 50kbps 20kbps 10kbps 5kbps 10km CAN 網(wǎng)絡(luò)的速度取決于總線的長度。應(yīng)用層協(xié)議可以由 CAN 用戶定義成合適特別工業(yè)領(lǐng)域的任何方案，已在工業(yè)控制和制造業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用的標準是 DeviceNet，這是 PLC 和智能傳感器設(shè)計的，在汽車工業(yè)，許多制造商都應(yīng)用他們的標準。結(jié)構(gòu)層次少有利于系統(tǒng)中實時控制信號的傳送。 CAN 協(xié)議簡介 CAN 協(xié)議的分層結(jié)構(gòu) CAN 協(xié)議分為三層 ： 目標層、傳輸層和物理層 [6]。第一種也是最常用的是數(shù)據(jù)幀，用于一個節(jié)點傳送信息到其它任一或所有節(jié)點；第二種叫遠程幀，基本上是一個數(shù)據(jù)幀但其中的 RTR 位被置 1，表明這是一個遠程發(fā)送請求，用于一個節(jié)點主動要求其它節(jié)點發(fā)送信息；另外兩種用于差錯處理，分別叫做錯誤幀和過載幀。設(shè)計人員就可以利用這一遠程發(fā)送請求特性來減少網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信量，同時維持整個系統(tǒng)的完整性。同一個報文可以發(fā)送給特定的站點或許多站點，就看你怎樣去設(shè)計網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。也就是說報文不是按照地址從一個節(jié)點傳送到另一個節(jié)點。這也就是說當總線出現(xiàn)發(fā)送沖突時，通過仲裁后，原發(fā)送信息不會受到任何影響。與其他網(wǎng)絡(luò)不同，在 CAN 總線的通信協(xié)議中， 沒有節(jié)點地址的概念 ，也沒有任何與節(jié)點地址相關(guān)的信息存在，它支持的是基于報文的工作方式 [5]。 隨著計算機硬件、軟件技術(shù)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計算機技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個分支，并取得了巨大進步。 CAN 總線所具有的卓越性能、極高的可靠性和獨特設(shè)計 ，特別適合工業(yè)設(shè)備測控單元互連。 它提供高速數(shù)據(jù)傳送 ， 在短距離 (40m)條件下具有高速 (1Mbit/s)數(shù)據(jù)傳輸能力 ，而在最大距離 10000m時具有低速 (5kbits/s)傳輸能力 ， 極適合在高速的工業(yè)自控應(yīng)用上CAN 總線可在同一網(wǎng)絡(luò)上連接多種不同功用的傳感器 (如位置 ， 溫度或壓力等 )。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)。它 的出現(xiàn)，標志著工業(yè)控制領(lǐng)域又一個新時代的開始，并將對該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。 2 現(xiàn)場總線 CAN 原理介紹 現(xiàn)場總線簡介 隨著控制、計算機、通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設(shè)備層到控制、管理的各個層次、覆蓋從工段、車間、工廠、企業(yè)乃至世界各地的市場。因此， 溫度監(jiān)測及報警 系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛。美國商用車輛制造商們也將注意力轉(zhuǎn)向 CAN總線 。它不僅僅是將電纜按樹形結(jié)構(gòu)連接起來 ， 其通信協(xié)議相當于 ISO/OSI 參考模型中的數(shù)據(jù) 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 7 頁 共 52 頁 鏈路層 ， 網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)協(xié)議探測和糾 正數(shù)據(jù)傳輸過程中因電磁干擾而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯誤。 對于一般控制 ， 設(shè)備間連鎖可以通過串行網(wǎng)絡(luò)完成。智能儀表的出現(xiàn)為現(xiàn)場信號的數(shù)字化提供了條件，但不同廠商提供的設(shè)備通信標準不統(tǒng)一，束縛了底層網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。現(xiàn)場總線可實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成，實施綜合自動化，形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場自動化設(shè)備之間的多點數(shù)字通信，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。C。C～ +125176。 “ 一線總線 ” 獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。智能儀表在測量過程自動化，測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面都取得了巨大的進展。 ?? 隨著電子 技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，目前普遍采用電子和計算機對糧倉測控和管理，但是仍存在很多不盡人意的問題，如抗干擾性能差、傳輸數(shù)據(jù)丟失等，針對這些情況提出一種基于 CAN 總線糧倉多點溫度測控及報警系統(tǒng)的設(shè)計方法。該系統(tǒng)具有可靠性好、通信速率高、抗干擾能力強等特點。另外，主控端的外圍電路部分包括