【正文】 片機(jī)處理后，發(fā)到總線上，主機(jī)收到信號(hào)，給出相應(yīng)的顯示和溫度報(bào)警等操作。計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 分布式遠(yuǎn)程溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究 摘要 現(xiàn)在 許多大型企業(yè) 擁有多個(gè)倉庫 ， 并且全都散落在不同的地點(diǎn) ，這樣 對(duì)于 倉庫的溫濕度 監(jiān)測(cè)很難運(yùn)作。 本文利用已經(jīng)被廣泛利用的 CAN 總線通信設(shè)計(jì)出的監(jiān)控系統(tǒng)， CAN 總線通信系統(tǒng)主要有抗干擾性，節(jié)點(diǎn)控制多，通信距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中，主要模擬兩個(gè)節(jié)點(diǎn) 之間的 相互監(jiān)控 ， 主機(jī) 通過 總線控制器 MCP2515 和 驅(qū)動(dòng)器 TJA1050 連接到 CAN 總線上 ，從機(jī)通過控制器 SJA1000 和驅(qū)動(dòng)器 82C250 也連接到 CAN 總線上 。論文主要介紹了各種芯片的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，勾畫自己的設(shè)計(jì)與研究思想。 STC89C52RC microcontroller。所以在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中，監(jiān)控系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。 尤其在通信問題也至 關(guān)重要 ， 而 CAN 總線更符合工農(nóng)業(yè)的通信科技的發(fā)展。 在現(xiàn)代社會(huì)信息科技 的不斷 迅速發(fā)展中，計(jì)算機(jī)技術(shù) 和 溫 濕 度 敏 感 元 器 件的高速更新，使得 溫 濕度的測(cè)量正朝著自動(dòng)化、 智能 化 方向 發(fā)展。在局限性上也有很大的漏洞，比如在某些場(chǎng)合，要測(cè)量地下設(shè)施的表面溫度時(shí)，工作人員不可能測(cè)量到直接的數(shù)據(jù) ， 在具有危險(xiǎn)的庫房中測(cè)量人員還要冒著一定的風(fēng)險(xiǎn)去提取測(cè)量溫濕度。而單片機(jī)上地址編碼又解決了庫房分散而不利于溫濕度監(jiān)控的問題。 分布式溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，對(duì)當(dāng)前具有很大的意義，對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 都 有不可估量的作用，是現(xiàn)行發(fā)展和未來發(fā)展的大體趨勢(shì)， 對(duì)占領(lǐng) 國際領(lǐng)先水平和科技戰(zhàn)略至高地位的 具有 重要意義，尤其是 對(duì) 工業(yè)自 動(dòng)化的 進(jìn)步 和經(jīng)濟(jì)發(fā)展 有著無法估計(jì)的重要性 。 比如仍然有很多技術(shù)問題 ： 裝備設(shè)施能力低，工業(yè)化程度低，控制水平的不完善， 硬件和軟件資 源不能共享、可靠性差等 缺點(diǎn) 。雖然 RS485 總線有很多優(yōu)點(diǎn)，但是不足之處也很多，比如通信容量少（只能最多接入 32 個(gè)設(shè)備）， 長距離的通信速率低，動(dòng)力消耗大，只有串行電纜，不構(gòu)成任何分支的星型 等任意分支，如果 每個(gè)節(jié)點(diǎn)的失敗可能導(dǎo)致完全或通信網(wǎng)絡(luò)的局部癱瘓 。采用 MAX285 芯片來實(shí)現(xiàn)將 TTL 電平到 RS485總線需要電平的轉(zhuǎn)換，一般 RS485 應(yīng)用四線或者 兩線的方式進(jìn)行連接。 4 8 5 總 線單 片 機(jī) 單 片 機(jī)溫 濕 度 傳 感器溫 濕 度 傳 感器4 8 5 接 口 4 8 5 接 口除 濕 機(jī)空 調(diào) 機(jī) 空 調(diào) 機(jī)除 濕 機(jī)P C 機(jī) 圖 11 基于 RS485 總線的監(jiān)控系統(tǒng) 只能使用半雙工模式下的 RS485 總線 ， 無論什么 時(shí)候只能有 一個(gè)節(jié)點(diǎn) 處 在 發(fā)送狀態(tài)， 所以電路由使能信號(hào) 發(fā)送控制 。 基于以太網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng) 所謂的以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)就是運(yùn)用于分布式監(jiān)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)。通信的不可靠因素，存在控制實(shí)時(shí)性低等諸多障礙。 然而，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的改進(jìn)， 我相信，這些問題必將逐步解決 。 以太網(wǎng)使用相同的載波偵聽多路訪問 /碰撞媒體訪問方法和物理層規(guī)范的檢測(cè) 。還有就是在工業(yè)中要求的是簡單經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但是以太網(wǎng)的價(jià)格昂貴且長時(shí)期需要人員維修，在應(yīng)用中不是很廣泛。所以本設(shè)計(jì)將研究并設(shè)計(jì)基于 CAN 總線的監(jiān)控系統(tǒng) 。科技與工業(yè)需求 共同發(fā)展，為了計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 很好的解決這個(gè)問題，分布式監(jiān)控系統(tǒng)可以直觀的通過中央處理器來完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集，控制和報(bào)警等功能。 設(shè)計(jì)的理論意義 本文主要介紹了 CAN 總線的監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)掌握各節(jié)點(diǎn)的溫濕度信息，保障庫房的安全。 （ 3）使以前工作人員不能進(jìn)入的某些環(huán)境 也能進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，從而保障了工作人員生命財(cái)產(chǎn)安全。 第二章對(duì) 設(shè)計(jì)難點(diǎn)總線通信技術(shù)從基本簡介和報(bào)文運(yùn)用做了詳細(xì)介紹。 第五章為 監(jiān)控系統(tǒng)的生成以及調(diào)試。 目前 CAN 總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)，被廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域，CAN 總線特點(diǎn)如下： （ 1） CAN 總線采用了多主競(jìng)爭(zhēng)式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。廢除了 傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。 （ 4）通信方式多樣： CAN 只需通過報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、 一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播幾種傳送方式?？蓾M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。 CAN 總線是雙向數(shù)據(jù)線，由高低雙絞線 CANHigh 和 CANLow 組成，采用總線網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上至少需要有 2 個(gè) CAN 總線節(jié)點(diǎn)存在。 （ 1）微處理器 MCU：負(fù)責(zé)對(duì) CAN 控制器初始化。 （ 3） CAN 收發(fā)器： CAN 控制器通過收發(fā)器聯(lián)接到 CAN 驅(qū)動(dòng)總線上的，集成CAN 收發(fā)器有 Philips 公司的 PCA82C50 和 PCA82C51。 CAN總線為“線與”邏輯，在總線上所有節(jié)點(diǎn)都處于空閑態(tài)（也稱隱性狀態(tài)，邏輯“ 1”時(shí)）， CANHigh線和 CANLow處于非激活狀態(tài)，其電壓均為 ，隱性差分電壓近似為 0。 數(shù)據(jù)幀的 標(biāo)準(zhǔn)幀 的 幀結(jié)構(gòu)如表 21。所有節(jié)點(diǎn)必須同步于首先開始發(fā)送報(bào)文的節(jié)點(diǎn)的幀起始前沿。 圖 22 標(biāo)準(zhǔn)格式中的仲裁場(chǎng) 控制場(chǎng)由 6 個(gè)位組成，標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀的控制場(chǎng)格式不同。它可以為 0~8 個(gè)字節(jié)，每字節(jié)包含了 8 個(gè)位，首先發(fā)送最高有效位。組成這些位流的成分是：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)（假如有的話），而 15 個(gè)最低位的系數(shù)是 0。在 ACK場(chǎng)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送兩個(gè)“隱性”位。 圖 25 應(yīng)答場(chǎng) （ 7）幀結(jié)尾 每一個(gè)數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀均由一標(biāo)志序列界定。 從機(jī) 主要采用單片機(jī) STC89C52RC 控制器 ， SJA1000 和 82C250 分別為CAN 控制器和 CAN 收發(fā) 器，用于采集 溫濕度 的外 部傳感器采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20 濕度傳感器 HS1101。最后還要降低系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)的性價(jià)比。 STC89C52RC 主要功能包含 32 位引腳，看門狗電路，復(fù)位電路，且內(nèi)置 8K內(nèi)存，512B 運(yùn)存，另外還包含 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4 級(jí)中斷結(jié)構(gòu) (兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu) )， STC89C52RC 單片機(jī)工作模式是全雙工模式。 STC89C52RC 示意圖如圖 32。特殊情況下，如果采用外部信號(hào)時(shí)，那么這個(gè)引腳接地。 （ 3)控制、復(fù)用和選通 PROGALE/ —— 第 30 腳，該引腳是地址鎖存允許信號(hào)和編程脈沖輸入端信號(hào)。 PSEN—— 第 29 腳，外部 ROM 訪問選通信號(hào)。在兩種情況下 P2 口可作為高 8 位的地址總線，一種情況是單片機(jī)對(duì)存計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 儲(chǔ)器訪問時(shí)，另一種情況 是當(dāng)對(duì)片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器（ EPROM 型）程序編程及校驗(yàn)時(shí)使用。第二功能表的具體含義如表 31： 表 31 P3 口的第二功能表 端口引腳 第二功能 RXD（串行通訊輸入口） TXD（串行通訊輸出口） 0INT （外中斷 0） 1INT （外中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 從機(jī)的硬件設(shè)計(jì) 如圖 33 所示為 CAN 總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件電路原理圖。 SJA1000 的 RD 、 WR 、 ALE 分別與 STC89C52RC 的對(duì)應(yīng)引腳相連， 接 STC89C52RC 的 INT0 。否則采用光耦也就失去了意義。引腳功能如表 32。由單片機(jī)寫入，位流處理器讀出。 ⑤位流處理器（ BSP）：是一個(gè)在發(fā)送緩沖器、 RXFIFO 和 CAN 總線之間挖掘數(shù)據(jù)流的序列發(fā)生器，它還執(zhí)行錯(cuò)誤檢測(cè)、仲裁、總線填充和錯(cuò)誤處理。 ⑦錯(cuò)誤管理邏輯 EML：負(fù)責(zé)傳送層模塊的錯(cuò)誤管制，它接收 BSP 的出錯(cuò)報(bào)告，并將錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)數(shù)字通知 BSP 和 IML。 SJA1000 有兩種工作模式：復(fù)位模式和工作模式。 SJA1000 一旦檢測(cè)到有復(fù)位請(qǐng)求后將中止當(dāng)前接收 /發(fā)送的信息而進(jìn)入復(fù)位模式。發(fā)送信息時(shí)，信息并行寫入接收緩沖器但不產(chǎn)生接收中斷且接收緩沖區(qū)是不被鎖定的。器件 內(nèi)部具有限流電路，可防止發(fā)送輸出級(jí)對(duì)電源、地或負(fù)載短路。 引腳 Rs 用于選定 82C250 的三種工作模式： ①高速工作模式：把 RS 引腳接地可選擇高速工作模式，最高可達(dá) 1Mbps，此時(shí)發(fā)送器輸出級(jí)晶體管被盡可能快地啟動(dòng)和關(guān)閉， 內(nèi)部沒有 電壓 輸出上升斜率和下降斜率的限制 ?？煞乐褂捎贑AN 控制器失控而造成網(wǎng)絡(luò)阻塞。 SJA1000 的初始化主要包括 CAN 總線控制器 工作方式的設(shè)置、驗(yàn)收代碼寄存器 ACR、驗(yàn)收屏蔽寄存器 AMR、 TX0/TX1 的輸出方式 、 CAN 總線時(shí)鐘、 CAN 總線 波特率 等 參數(shù) 的 設(shè)置等。 //驗(yàn)收碼寄存器 ACR(存機(jī)號(hào) 1 號(hào) ) acceptancemask=0xfe。 //正常輸出方式， TX1 引腳懸浮 ， TX0 推挽輸出： TXD=0，TX0=0，反之則為 1 Command = 0x04。 SJA1000 的報(bào)文 發(fā)送 主要有 2 種方式：中斷 發(fā)送 方式和查詢 發(fā)送 方式。0x08))。等待 Transmitbuffer1= ID。 Transmitbuffer5= txdata[2]: Transmitbuffer6= txdata[3]。 Transmitbuffer10=txdata[7] 。 SJA1000 的報(bào)文接收主要有 2 種方式：中斷接收方式和查詢接收方式。0x04) error( )； //如果是出錯(cuò)中斷，則調(diào)出錯(cuò)處理函數(shù) If (iramp。 If (! (Receivebuffer2amp。 Rxdata[3] = Receivebuffer6。 Rxdata[7] = Receivebuffer10。 } 測(cè)溫模塊（ DS18B20） DS18B20 是 DALLAS 公司的最新單線數(shù)字溫度傳感器，可把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微處理器處理， 支持“一線總線”接口， 測(cè)量溫度范圍為 55℃ +125℃，在 10℃ +85℃范圍內(nèi)，精度為177。 DS18B20 提供 9 位溫度讀數(shù)，可構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)而無需任何 外圍硬件。暫存存儲(chǔ)機(jī)制有利于在單線通信時(shí)確保數(shù)據(jù)的完整性。同時(shí)非易失性 E2 PROM 也保證了 TH、 TL 與配置寄存器內(nèi)容在掉電后不會(huì)丟失，器件每一次上電時(shí)這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容被重置到高速暫存 RAM 對(duì)應(yīng)的空間。第 4 個(gè)字節(jié)為配置寄存器，接著的三個(gè)字節(jié)為器件內(nèi)部使用而保留，不可對(duì)其施加寫命令。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 2 字節(jié)。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn) 換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。計(jì)數(shù)器設(shè)置為55℃ 的值，如果計(jì)數(shù)器到達(dá) 0 之前，門電路未關(guān)閉，則溫度寄存器的值 將增加，這表示 前溫度高于 55℃ ； 同時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對(duì)振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)直到回零。 圖 38 DS18B20 電路連接圖 單總線 (1wire)技術(shù)是近年來由美國 Dallas 半導(dǎo)體公司研發(fā)的一種總 線技 術(shù)。 單總線器件采用 CMOS 技術(shù)，耗電量很小，如果不單獨(dú)供電，僅在總線空閑時(shí)利用信號(hào)線充少量電就可 以工作了。 經(jīng)過單線接口訪問單總線器件有嚴(yán)格的命令序列如下： 1）初始化； 2） ROM 操作命令； 3）存儲(chǔ)器操作命令（功能命令）； 4）數(shù)據(jù)傳輸； 每次訪問單總線器件，都必須嚴(yán)格遵守這個(gè)命令序列。 單總線復(fù)位時(shí)序圖如下所示： 主 機(jī) 發(fā) 送 復(fù) 位 脈 沖4 8 0 ~ 9 6 0 u sD S 1 8 B 2 0等 待1 5 ~ 6 0 u sD S 1 8 B 2 0 發(fā)送復(fù) 位 脈 沖6 0 ~ 2 4 0 u s主 機(jī) 接 收 至 少 4 8 0 u sV C CG N D圖 例 ：主 機(jī) 拉 低 總 線電 阻 上 拉D S 1 8 B 2 0 拉 低 總 線 圖 39 單總線復(fù)位時(shí)序圖 define uint unsigned int //宏定義 unsigned int 為 uint,主要是簡化程序的書寫 define uchar unsigned char //宏定義 unsigned char 為 uchar,主要也是為了簡化程序的書計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 寫 sbit DQ=P3^6。 while(i0)i。 //延時(shí) 1560us，這里取 30us } 在對(duì)從機(jī)進(jìn)行 ROM 命令和功能命令操作時(shí)還必須知道如何對(duì)從機(jī)進(jìn)行讀寫操作，其讀寫時(shí)序如圖 310 和 311 所示，在 1Wire 單總線協(xié)議中數(shù)據(jù)的讀 /寫都是以位為單位的。從機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)在起始時(shí)序之后，保持有效時(shí)間 15us，因此主機(jī)需在15us 內(nèi)采樣總線狀態(tài)，以便接收從機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)（見圖 311 中的讀時(shí)序部分