【正文】 件編程概述 ........................................................................................................... 26 溫度傳感器節(jié)點軟件設計 ....................................................................................... 26 壓力傳感器節(jié)點軟件設計 ....................................................................................... 36 編程心得 ................................................................................................................... 42 第六章 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................................... 44 下位機節(jié)點調(diào)試 ........................................................................................................ 44 模擬放大電路調(diào)試 ........................................................................................ 44 顯示電路調(diào)試 .............................................................................................. 45 單片機模塊調(diào)試 ............................................................................................ 45 鍵盤調(diào)試 ........................................................................................................ 46 綜合調(diào)試 ................................................................................................................... 46 設計 結(jié)果 ................................................................................................................... 47 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） V 參考文獻 .................................................................................................................................. 48 附錄 A 基于 CAN 總線的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件原理圖 ................................................ 49 附錄 B 溫度傳感器節(jié)點硬件原理圖 ................................................................................... 50 附錄 C 壓力傳感器節(jié)點硬件原理圖 ................................................................................... 51 附錄 D 下位機 C51 程序清單 .............................................................................................. 52 致 謝 .................................................................................................................................... 93 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 1 第一章 基于 CAN 總線的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體方案 研究 背景 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，特別是計算機、控制、網(wǎng)絡通信技術在工業(yè)中各個具體行業(yè)的廣泛應用，促進了計算機、控制、網(wǎng)絡通訊技術的發(fā)展，同時這些技術又與各個行業(yè)中的其它技術融合，促進了各個行業(yè)的飛速發(fā)展 [1]。 方案的選擇 數(shù)據(jù)采集分析 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 2 本文設計了 一個遠程數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)。 而 現(xiàn)場總線 由于 在通信能力、可靠性、實時性、靈活性、易用性、傳輸距離遠、成本低等方面有著明顯的優(yōu)勢， 在工業(yè)中應用越來越廣泛，逐漸取代了 RS485 總線。 現(xiàn)場總線的種類主要有：基金會現(xiàn)場總線 FF、 ProfiBus 總線 、 WorldFIP 總線 、ControlNet 總線 、 CAN 總線等 。 CAN 總線采用多主競爭的工作方式和非破壞性總線仲裁技術，總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。 系統(tǒng)框圖在 CAN 總線上掛接兩路傳感器節(jié)點和一路監(jiān)測節(jié)點。 圖 基于 CAN 總線的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 結(jié)構框圖 壓力傳感器節(jié)點設計。 熱電偶及其放大電路 熱電偶測溫原理 熱電偶傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢變化的傳感器。所謂標準熱電偶是指國家標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系 、 允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。 熱電偶的選擇及其放大電路 本設計選用 K 型熱電偶作為測溫元件。由圖可求出放大電路的放大倍數(shù) 30010*5 ?? WRH （ ） 式中 RW5 為接入電阻，單位為 kΩ。 3． 冷端補償電橋法：這種方法是利用直流不平衡 電橋 產(chǎn)生的電勢來補償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢的變化值。 AD590 的外部形狀及管腳如圖 所示。 1KR823647185U1A+1212R1410KR1920KR201KRW3R1510KRW1D1ALM3361KR9VCC1KR11R1310KRW223647185U2A10KR1820KR21J3CON1J4CON1J5CON1+12+121212R1723647185 U3ACH1_AD590+5+ 圖 AD590 放大電路 如圖 所示， AD590 的放大電路采用三運放差分放大電路。這樣對于 U1A 和 U2A 的漂移要求就會降低。從而實現(xiàn)線性放大的目的。膜片的四周用圓環(huán)（硅杯）固定，膜片的兩邊有兩個壓力腔，一 個是與被測系統(tǒng)相連接的高壓腔，另一個是低壓腔，一般與大氣相通。 在一定范圍內(nèi)不用進行補償。 溫度節(jié)點和壓力節(jié)點中的單片機數(shù)據(jù)采集模塊的硬件部分基本是 一樣的，所以本章一起介紹 。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個定時器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運行不正常，可能導致看門狗 復位 系統(tǒng)也癱瘓。 TLC0832 的 CH0 和 CH1 分別和 K 型熱電偶和 AD590 的放大電路連接。其它電路連接如圖所示。但由于人的視覺有暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺所有的器件都在顯示。 根據(jù)顯示的需要，使用 5 位 LED 數(shù)碼管串口靜態(tài)顯示電路，數(shù)碼管使用共陰極接法 ，電路 如圖 所示。 在鍵數(shù)較 少時 ，可以 使用獨立式鍵盤，即每個按鍵接一根輸入線，各鍵的工作狀態(tài)互不影響。 鍵盤設置 本設計中由于用到的鍵數(shù)較多，所以使用 4*4 的矩陣鍵盤，使用軟件去抖。 在實際的工業(yè)現(xiàn)場中，熱電偶由于各種原因造成損壞，必須更換熱 電 偶，同時也有可能在同一個測溫點要測量的溫度范圍也有可能發(fā)生變化，需要更換不同類型的熱電偶，所以在本設計設計的系統(tǒng)中 可以在線更改熱電偶的線性化轉(zhuǎn)折點坐標值， 在更改熱 電 偶的兩端折點時也就更改了熱電偶的測溫范圍，這樣，在要更換不同類型的熱電偶或更改熱電偶的測溫范圍時，就可以不用更換系統(tǒng)其它的部分，只要通過鍵盤更改折點就可以內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 24 了。 wd1＝ 0， wd0=0，預置時間為 。 V C CS O/ C S/ W PV S SR S TS C KS IA T 8 9 5 2P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R S T+ 5+ 57 4 l s 3 2x 5 0 4 5+R 1R 2R 31 K1 0 K1 0 KC 12 2 μ FC 20 . 1 μ FS 圖 看門狗及復位電路 圖 電路中，復位信號共有 3個：上電復位 (C R2)，人工復位 (S、 R R2)和watchdog 復位 (C R3)，通過或門綜合后加到 單片機 RST 端。通過編寫 各功能子 程序，實行模塊化編程，這樣能提高編程效率，便于閱讀和修改 ，本設計實行模塊化設計。 圖中 CAN 控制器的復位，初始化，以及定時器 T0、中斷的初始化都是為溫度傳感器節(jié)點與上位機 節(jié)點通信做準備。若小數(shù)點內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 29 標志位不為 0，則原數(shù)值乘 10 和新輸入的數(shù)字相加得到處理后的數(shù)值，最后送顯示。 如圖 所示，首先進行初始化，判斷是否折點標志位是否為 1，若是，再判斷折點更改標志位是否為 0，為 0 說明輸入的數(shù)值是溫度標度變換折線化的折點對應的溫度，把它存于折點溫度數(shù)組，若為 1 則把它存于折點毫伏電壓數(shù)組。 如圖 所示，當按下 TSpot 鍵時，首先循環(huán)顯示已有的折點的溫度和對應的毫伏電壓。 等待按鍵釋放后，判斷是否是鎖鍵盤鍵按下了，若是則對 鎖 鍵盤 標志位 取反，退出循環(huán) 。 溫度傳感器節(jié)點 軟件設計 溫度傳感器節(jié)點主要是分時采集兩路溫度信號，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送單片機進行冷端溫度補償 及標度 變換送顯示，并判斷是否超限 ，根據(jù)判斷顯示結(jié)果。預置時間為 。 wd1＝ 1， wd0=0； 預置時間為 。所以設定更改折點值的Tspot 鍵。 鍵盤的鍵值設置如圖 所示。鍵盤與單片機的 I/O 口連接時，單片機通過對 I/O 口進行掃描，而對鍵盤進行掃描的方法又可分為程控掃描法、中斷掃描法和定時掃描法。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。但它占用機市時長，只要單片機不執(zhí)行顯示程序，就立即停止顯示。二極管顯示主要用于報警顯示。 X5045 的 RST 與上電復位和手動復位相或后接 89C52 的 RST；電容 C R65 構成上電復位電路； R6開關 SW R65 構成手動復位電路；當任何一個復位生效時，通過或門就能使單片機復位。 X5045 是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行 EEPROM 三種功能于一身的可編程控制電路。 AT89C52 是 ATMEL 公司生產(chǎn)的增強型 8051 單片機，它是 8 位 CPU，具有 256 個字節(jié)片內(nèi) RAM 和 8K 片內(nèi) ROM，一個全雙工串行口， 3 個定時器 /計數(shù)器， 5 個中斷源和 2 個中斷優(yōu)先級， 32 根 I/O 口 [6]。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 04 08 06 02 0輸 出 / m v壓 力 / K p a5 6理 論 曲 線實 際 曲 線M P X 5 3 D P1 02 03 0 4 0 5 0 圖 MPX53DP 壓力 輸出電壓曲線圖 放大電路 放大電路如圖 所示： 圖 MPX53DP 放大電路圖 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 17 放大電路用了 4 個放大器，前邊的 A A A3 及附屬的電阻組成了三運放差分放大電路，在前邊的 AD590 溫度傳感器的放大電路中就用的三運放差分放大電路，放大電路的分析可參照第 二 章 AD590 放大電路部分。 4 個電阻在應力作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出相應的電壓。每隔一定時