【正文】 圖 ...................................................................................... 123 第一章 概 論 課題研究的背景和意義 糧食問(wèn)題歷來(lái)是關(guān)系國(guó)家國(guó)計(jì)民生和經(jīng)濟(jì)安全 的 重大戰(zhàn)略性問(wèn)題。監(jiān)控管理機(jī)采用組態(tài)王軟件 使操作更加方便，系統(tǒng)直觀 。而整個(gè)系統(tǒng)主要完成了三部分的設(shè)計(jì)：下位機(jī) CAN節(jié)點(diǎn)和參數(shù)采集控制設(shè)計(jì)， EPP并口協(xié)議的 CAN通訊適配器的設(shè)計(jì)以及組態(tài)王的組態(tài)設(shè)計(jì)。本文在分析當(dāng)前糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上， 提出了基于 CAN 總線 和組態(tài)王 的糧 庫(kù) 監(jiān) 控 系統(tǒng) 。特別對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)世界第 — 糧食大國(guó)，糧食安全的特殊性，倉(cāng)容嚴(yán)重不足的現(xiàn)實(shí)，決定了我國(guó)糧庫(kù)建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期任務(wù)。 該系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要分為 上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。 利用 PC 機(jī)的高級(jí)語(yǔ)言 VB控制 EPP并口 來(lái)實(shí)現(xiàn)與 CAN總線的通訊，具有開(kāi)發(fā)成本低及運(yùn)行速度較快的特點(diǎn)。將具有很好的應(yīng)用前景。 2020 年和 2020 年，國(guó)務(wù)院更是先后以中央 1 號(hào)文件的方式，對(duì)糧食安全問(wèn)題給予了高度重視 。 在 “ 四項(xiàng) ” 儲(chǔ)糧新技術(shù)（谷物冷卻、機(jī)械通風(fēng)、環(huán)流熏蒸 、糧情測(cè)控）中， 其中 糧情 監(jiān) 控是基礎(chǔ)，是關(guān)鍵，它是各項(xiàng)儲(chǔ)糧技術(shù)運(yùn)行狀 態(tài)的觀察者和運(yùn)行結(jié)果的真實(shí)反映者。 建立合理的糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)于大型糧庫(kù)的檢測(cè)情況這些問(wèn)題更是突出。計(jì)算機(jī)廣泛用于糧庫(kù)監(jiān)控，現(xiàn)在 國(guó)內(nèi)大多數(shù)的糧庫(kù)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)糧情測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用 。 但 由于 RS485總線技術(shù)不支持多主結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)容量、通訊距離等方面具有很大的局限性，所以隨著現(xiàn)代化大型糧食儲(chǔ)備庫(kù)的逐年增多， RS485通訊方式顯得愈來(lái)愈力不從心。 電力載波通訊利用現(xiàn) 有庫(kù)區(qū)交流電源線作為通訊線路，不必申請(qǐng)付費(fèi)專(zhuān)用頻道優(yōu)勢(shì)明顯。 （ 3）基于無(wú)線通訊技術(shù)的糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng) 基于無(wú)線通訊技術(shù)的糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)主要有基于無(wú)線收發(fā)芯片發(fā)射電路的糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)，基于 GSM技術(shù)的糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)以及基于 GPRS技術(shù)的糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)。 系統(tǒng)安裝、維護(hù)方便，可靠性高。 2） 基于 GSM技術(shù)的糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng) [13] GSM技術(shù) 采用撥號(hào)方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式?？捎糜?傳輸周期較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)量不大的數(shù)據(jù)傳 輸 。 GPRS允許用戶(hù)在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò) 資源。 GPRS數(shù)據(jù)傳輸 具有“ 永遠(yuǎn)在線 ”，“ 快速登錄 ”，“ 高速傳輸 ”，“ 按量收費(fèi) ”等優(yōu)點(diǎn)。具有更高的通訊帶寬，能方便的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層與企業(yè)管理層之間的無(wú)縫連接。一般可以 和其他總線混合應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)糧情 監(jiān) 控系統(tǒng) 主要 采用了 三 種現(xiàn)場(chǎng)總線：LONWORKS總線技術(shù) ， PROFIBUS總線 [5]和 CAN總線 [20][21]技術(shù)。其 總線開(kāi)放、可靠性高、通信速度最高可達(dá) ，最大通信距離可達(dá) 2700米 。傳輸速率為 ，最大傳輸距離在， ，可用中繼器延長(zhǎng)至 10千米，最多可掛接 127個(gè)站點(diǎn)。 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以大大節(jié)約連接導(dǎo)線以及安裝維護(hù)費(fèi)用，使得整個(gè)系統(tǒng)在大大提高系統(tǒng)整體性 能的同時(shí)具有很高的性能價(jià)格比。其溫度轉(zhuǎn)換信號(hào)易受工業(yè)及其它雜波信號(hào)干擾，影響測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)和系統(tǒng)穩(wěn)定性。在高溫雷雨季節(jié)或?qū)嵤┭籼幚砗笙到y(tǒng)檢測(cè)元件出現(xiàn)短路、斷路或數(shù)值過(guò)高、過(guò)低。增加了損壞數(shù)量。 一些分批建設(shè)的糧庫(kù)。 糧庫(kù)監(jiān)控發(fā)展 趨勢(shì) [19] （ 1） 傳感器的集成化、數(shù)字化和智能化。 （ 3） 數(shù)據(jù)分析的智能化：能夠完成對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的圖形、圖表顯示、分析、查詢(xún)，并能根據(jù)對(duì)糧情數(shù)據(jù)的分析結(jié)論，提供相應(yīng)的警告、建議等。多媒體和集散糧情測(cè)控系統(tǒng)可將糧情多媒體信息 (如儲(chǔ)糧害蟲(chóng)密度等 )進(jìn)行采集、監(jiān)視、傳輸，以及綜合分析處理和管理，提高糧食儲(chǔ)藏技術(shù)的管理和自動(dòng)化水平； 同時(shí)利用 局域網(wǎng) /因特網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)查詢(xún)和設(shè)備監(jiān)控 。這里我們主要對(duì)糧庫(kù)在內(nèi)外溫度濕度以及蟲(chóng)害進(jìn)行檢測(cè)和控制。 網(wǎng)絡(luò) 具有 布線方便、經(jīng)濟(jì) 等 。 本課題主要要完成以下幾方面的工作 （ 1）：分析當(dāng)前糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)，為設(shè)計(jì)作好理論依據(jù)。 第二章： CAN總線簡(jiǎn)介 CAN總線 （ SJA1000 Area Network）即控制器局域網(wǎng)， 由德國(guó) BOSCH公司 20世紀(jì) 80年代推出。利用這一特點(diǎn)可以方便的構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)地退出發(fā)送，而最高優(yōu) 先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可以不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大的節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間，尤其在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況（以太網(wǎng)則有可能會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓）。直接通訊距離達(dá)到 10km（速度 5Kbit/s以下）；通信速率最高可達(dá) 1Mbit/s（此時(shí)的通訊距離最長(zhǎng)為 40M）。保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 過(guò)載幀：過(guò)載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）之間提供一附加的延時(shí)。 具體組成如圖 圖 （ 1）幀起始： 以一個(gè)比特的顯位出現(xiàn)，只有在總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，才允許開(kāi)始發(fā)送。最低位是 ID0。所發(fā)送的保留位必須為“顯性”。 如圖 。 應(yīng)答場(chǎng)長(zhǎng)度為 2 個(gè)位，包含應(yīng)答間隙（ ACK SLOT）和應(yīng)答界定符（ ACK DELIMITER）。這個(gè)標(biāo)志序列由 7 個(gè)“隱性”位組成。它沒(méi)有數(shù)據(jù)場(chǎng)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼的數(shù)值是不受制約的（可以標(biāo)注為容許范圍里 0...8 的任何數(shù) 值）。第一個(gè)場(chǎng)用作為不同站提供的錯(cuò)誤標(biāo)志（ ERROR FLAG）的疊加。 2. 間歇場(chǎng)期間檢測(cè)到一“顯性”位。前 3個(gè)字節(jié)為信息部分。 4～ 11 為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時(shí)無(wú)效。第 7 位（ FF）表示幀格式，在擴(kuò)展幀中， FF ＝ 1；第 6 位（ RTR）表示幀的類(lèi)型， RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀， RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀； DLC表示在數(shù)據(jù)幀時(shí)實(shí)際數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。這幾種方式的選擇和轉(zhuǎn)換就是通過(guò) CAN 總線中的報(bào)文濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，而無(wú)需專(zhuān)門(mén)的調(diào)度。 標(biāo)準(zhǔn)幀由于只有 11位標(biāo)識(shí)符 ， 數(shù)據(jù)場(chǎng)的前兩個(gè)字節(jié)也參與濾波 。 若接收的標(biāo)準(zhǔn)幀是數(shù)據(jù)幀且數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度少于 2 字節(jié)。 無(wú)論是標(biāo)準(zhǔn)幀還是擴(kuò)展幀只有在符合上述條件的驗(yàn)收濾波通過(guò)以后 ， 濾波器才將該幀數(shù)據(jù)存入接收 FIFO 且置位 RBS 標(biāo)志。 對(duì)應(yīng) 11 位標(biāo)識(shí)符 RTR 位和數(shù)據(jù)場(chǎng)第 1字節(jié)共 20位 。 濾波器 2 由 ACR ACR AMR2 和 AMR3 構(gòu)成 ， 參與濾波的同樣是29 位標(biāo)識(shí)符中的高 16 位 。 CAN總線在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點(diǎn)以及它的高性能價(jià)格比決定了它在許多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用 前景和發(fā)展?jié)摿?。測(cè)控系統(tǒng)中離不開(kāi)傳感器，由于各類(lèi)傳感器的工作原理不同，其最終輸出的電量形式也各不相同，為了便于系統(tǒng)連接，通常要考慮將傳感器的輸出變換成標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)。實(shí)際上傳感器總線仍屬于現(xiàn)場(chǎng)總線，關(guān)鍵的問(wèn)題在于如何將總線接口與傳感器一體化。 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。 這里我們采用分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。 例如啟動(dòng)通風(fēng)、除濕、噴灑及安全保護(hù)裝置，報(bào)警、切斷電源等 。 下位機(jī)功能 CAN節(jié)點(diǎn)： 主要是完成 CAN總線信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)的配置。同時(shí)在上位機(jī)組態(tài)王現(xiàn)場(chǎng)模擬圖中顯示。 第四章 下位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) CAN節(jié)點(diǎn)的組成 [32] CAN總線的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)組成如圖 （具體設(shè)計(jì)電路見(jiàn)附錄 A）。 （ 1）： SJA1000 的特點(diǎn)： a : 與 PCA82C200 獨(dú)立 CAN 控制器引腳和電氣兼容。 f : 位速率可達(dá) 1Mbit/s。 c：接收緩沖器（ RXB） 用于接收 CAN 總線上的報(bào)文，并存儲(chǔ)接收到的報(bào)文。 e：位流處理器（ BSP） 是一個(gè)控制發(fā)送緩存器和接收緩存器與 CAN 總線之間控制數(shù)據(jù)流的程序裝置，同時(shí)具有執(zhí)行錯(cuò)誤檢測(cè)、仲裁、總線填充和錯(cuò)誤處理的能力 ?？刂贫卧诔跏蓟d入時(shí)可被編程來(lái)配置通訊參數(shù)（例如，波特率 位時(shí)序等）。符合接收條件的接收到的信息放入接收緩沖區(qū)，微處理器可以讀出這些信息并進(jìn)行處理。 命令寄存器（ CMR）：用于請(qǐng)求發(fā)送，夭折發(fā)送及釋放接收緩沖區(qū)等。 驗(yàn)收屏蔽寄存器（ AMR）：參與接收?qǐng)?bào)文的識(shí)別。 輸出控制寄存器 （ OCR）：用于建立不同的驅(qū)動(dòng)的配置。分為描述符和數(shù)據(jù)區(qū)。被發(fā)送的信息必須寫(xiě)入發(fā)送緩沖區(qū)，成功接收后，微控制器可從接收緩沖區(qū)讀取信息，然后釋放它以被后用?？刂破鞯膬?nèi)容都是通過(guò)微控制器寫(xiě)入的，其讀寫(xiě)時(shí)序如圖 ： （ 圖 ） 從讀／寫(xiě)時(shí)序圖來(lái)看 ，微控制器對(duì) SJA1000 的操作相對(duì)比較簡(jiǎn)單，由于 SJA1000 內(nèi)可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地址信。 （ 6): SJA1000在 BasicCAN模式下的 通訊波特率的計(jì)算 [1] 通訊波特率的計(jì)算需要用到 總線 時(shí)序 寄存器 0（ BTR0）和 1（ BTR1），下面我們先對(duì)這兩個(gè)寄存器進(jìn)行介紹： BTR0 寄存器： BIT 7 BIT 6 BIT 5 BIT 4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0 BTR1 寄存器： BIT 7 BIT 6 BIT 5 BIT 4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0 SAM 圖 BTR1的位周期結(jié)構(gòu) 波特率預(yù)置器設(shè)置： 2 ( 3 2 .5 1 6 .4 8 .3 4 .2 2 .1 .0 1 )SC L C LKt t B R P B R P B R P B R P B R P B R P? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1CLKXTALt f?；振蕩周期 同步跳轉(zhuǎn)寬度位域： ( 2 .1 .0 1 )SJ W SC Lt t SJ W SJ W? ? ? ? ? 時(shí)間段 1（ TSEG1）和時(shí)間段 2（ TSEG2）位域： 1SYNCSEG SCLtt?? 1 ( 8 4 2 1 )T SE G SC Lt t T SE G T SE G T SE G T SE G? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 ( 4 2 1 )T SE G SC Lt t T SE G T SE G T SE G? ? ? ? ? ? ? 具體計(jì)算： 假如晶振為 16M， BTR0=43H， BTR1=2FH，首先利用公式可以算出 6111 6 1 0C LK X TA Ltsf?? ? 66112 ( 0 0 0 2 1 1 )1 6 1 0 2 1 0SCL ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ( 0 1 1 ) 2S JW S C L S C Lt t t? ? ? ? ? ? ；同步跳轉(zhuǎn)寬度的計(jì)算 1 ( 8 4 2 1 1 ) 1 6TS E G S C L S C Lt t t? ? ? ? ? ? ? 2 ( 0 2 0 1 ) 3T SE G SC L SC Lt t t? ? ? ? ? ? 可得位周期 21 65112 0 2 0 1 0 1 0T S E G T S E G S Y N C E S G S C LT t t t t s? ? ? ? ? ? ? 從而通訊波特率 = 1 100 /Kbit sT ? 在具體應(yīng)用中可以參考 表 （ 通訊距離和通訊波特率關(guān)系）， 進(jìn)行通訊波特率和距離的設(shè)定。 PC82C250的引腳介紹（如表 ）， PCA82C250采用 DIP8和 SO8封裝（如 圖 ）： 表 管腳名 管腳號(hào) 說(shuō)明 TXD 1 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入 GND 2 地 Vcc 3 電源電壓 RXD 4 接收數(shù)據(jù)輸出 Vref 5 參考電壓輸出 CANL 6 低電平 CAN電壓輸入 /輸出端 CANH 7 高電平 CAN電壓輸入 /輸出端 RS 8 斜率電阻輸入 圖 監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì) [41][42] 監(jiān)控節(jié)點(diǎn)主要完成的程序有 SJA1000的初始化，報(bào)文的發(fā)送程序，報(bào)文的接收程序， CAN總線錯(cuò)誤處理程序，以及和傳感器配合實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的采集。狀態(tài)寄存器 REG_INTERRUPT EQU SJA1000_BASE+03H ?？偩€時(shí)序寄存器 0 REG_BTR1 EQU SJA1000_BASE+07H 。發(fā)送緩沖區(qū) 1 REG_TxBuffer2 EQU SJA1000_BASE+0BH 。發(fā)送緩沖區(qū) 5 REG_TxBuffer6 EQU SJA1000_BASE+0FH 。發(fā)送緩沖區(qū) 9 REG_TxBuffer10 EQU SJA1000_BASE+013H 。接收緩沖區(qū) 3 REG_RxBuffer4 EQU SJA1000_BASE+017H 。接收緩沖區(qū) 7 REG_RxBuffer8 EQU SJA1000_BASE+01BH 。來(lái)確定SJA1000的工作方式。接口正常，初始化 SJA1000 DJNZ ERROR