【正文】 件編程概述 ........................................................................................................... 26 溫度傳感器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) ....................................................................................... 26 壓力傳感器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) ....................................................................................... 36 編程心得 ................................................................................................................... 42 第六章 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................................... 44 下位機(jī)節(jié)點(diǎn)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(jī)模塊調(diào)試 ............................................................................................ 45 鍵盤(pán)調(diào)試 ........................................................................................................ 46 綜合調(diào)試 ................................................................................................................... 46 設(shè)計(jì) 結(jié)果 ................................................................................................................... 47 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） V 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 48 附錄 A 基于 CAN 總線的遠(yuǎn)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(diǎn)硬件原理圖 ................................................................................... 50 附錄 C 壓力傳感器節(jié)點(diǎn)硬件原理圖 ................................................................................... 51 附錄 D 下位機(jī) C51 程序清單 .............................................................................................. 52 致 謝 .................................................................................................................................... 93 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 1 第一章 基于 CAN 總線的遠(yuǎn)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(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)、控制、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在工業(yè)中各個(gè)具體行業(yè)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)、控制、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)這些技術(shù)又與各個(gè)行業(yè)中的其它技術(shù)融合，促進(jìn)了各個(gè)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 2 本文設(shè)計(jì)了 一個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)。 而 現(xiàn)場(chǎng)總線 由于 在通信能力、可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性、易用性、傳輸距離遠(yuǎn)、成本低等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)， 在工業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，逐漸取代了 RS485 總線。 現(xiàn)場(chǎng)總線的種類(lèi)主要有：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線 FF、 ProfiBus 總線 、 WorldFIP 總線 、ControlNet 總線 、 CAN 總線等 。 CAN 總線采用多主競(jìng)爭(zhēng)的工作方式和非破壞性總線仲裁技術(shù)，總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)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(diǎn)和一路監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)。 圖 基于 CAN 總線的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)框圖 壓力傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。 熱電偶及其放大電路 熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)變化的傳感器。所謂標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系 、 允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)選用 K 型熱電偶作為測(cè)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(bǔ)償電橋法：這種方法是利用直流不平衡 電橋 產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)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(yùn)放差分放大電路。這樣對(duì)于 U1A 和 U2A 的漂移要求就會(huì)降低。從而實(shí)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(gè)壓力腔，一 個(gè)是與被測(cè)系統(tǒng)相連接的高壓腔，另一個(gè)是低壓腔，一般與大氣相通。 在一定范圍內(nèi)不用進(jìn)行補(bǔ)償。 溫度節(jié)點(diǎn)和壓力節(jié)點(diǎn)中的單片機(jī)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(mén)狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個(gè)定時(shí)器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運(yùn)行不正常，可能導(dǎo)致看門(mén)狗 復(fù)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(jué)有暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺(jué)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(shí) ，可以 使用獨(dú)立式鍵盤(pán)，即每個(gè)按鍵接一根輸入線，各鍵的工作狀態(tài)互不影響。 鍵盤(pán)設(shè)置 本設(shè)計(jì)中由于用到的鍵數(shù)較多，所以使用 4*4 的矩陣鍵盤(pán)，使用軟件去抖。 在實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，熱電偶由于各種原因造成損壞，必須更換熱 電 偶，同時(shí)也有可能在同一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)要測(cè)量的溫度范圍也有可能發(fā)生變化，需要更換不同類(lèi)型的熱電偶，所以在本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中 可以在線更改熱電偶的線性化轉(zhuǎn)折點(diǎn)坐標(biāo)值， 在更改熱 電 偶的兩端折點(diǎn)時(shí)也就更改了熱電偶的測(cè)溫范圍，這樣，在要更換不同類(lèi)型的熱電偶或更改熱電偶的測(cè)溫范圍時(shí)，就可以不用更換系統(tǒng)其它的部分，只要通過(guò)鍵盤(pán)更改折點(diǎn)就可以內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 24 了。 wd1＝ 0， wd0=0，預(yù)置時(shí)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(mén)狗及復(fù)位電路 圖 電路中，復(fù)位信號(hào)共有 3個(gè)：上電復(fù)位 (C R2)，人工復(fù)位 (S、 R R2)和watchdog 復(fù)位 (C R3)，通過(guò)或門(mén)綜合后加到 單片機(jī) RST 端。通過(guò)編寫(xiě) 各功能子 程序，實(shí)行模塊化編程，這樣能提高編程效率，便于閱讀和修改 ，本設(shè)計(jì)實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)。 圖中 CAN 控制器的復(fù)位，初始化，以及定時(shí)器 T0、中斷的初始化都是為溫度傳感器節(jié)點(diǎn)與上位機(jī) 節(jié)點(diǎn)通信做準(zhǔn)備。若小數(shù)點(diǎn)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 29 標(biāo)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(jìn)行初始化，判斷是否折點(diǎn)標(biāo)志位是否為 1，若是，再判斷折點(diǎn)更改標(biāo)志位是否為 0，為 0 說(shuō)明輸入的數(shù)值是溫度標(biāo)度變換折線化的折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度，把它存于折點(diǎn)溫度數(shù)組，若為 1 則把它存于折點(diǎn)毫伏電壓數(shù)組。 如圖 所示，當(dāng)按下 TSpot 鍵時(shí)，首先循環(huán)顯示已有的折點(diǎn)的溫度和對(duì)應(yīng)的毫伏電壓。 等待按鍵釋放后，判斷是否是鎖鍵盤(pán)鍵按下了，若是則對(duì) 鎖 鍵盤(pán) 標(biāo)志位 取反，退出循環(huán) 。 溫度傳感器節(jié)點(diǎn) 軟件設(shè)計(jì) 溫度傳感器節(jié)點(diǎn)主要是分時(shí)采集兩路溫度信號(hào)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償 及標(biāo)度 變換送顯示，并判斷是否超限 ，根據(jù)判斷顯示結(jié)果。預(yù)置時(shí)間為 。 wd1＝ 1， wd0=0； 預(yù)置時(shí)間為 。所以設(shè)定更改折點(diǎn)值的Tspot 鍵。 鍵盤(pán)的鍵值設(shè)置如圖 所示。鍵盤(pán)與單片機(jī)的 I/O 口連接時(shí)，單片機(jī)通過(guò)對(duì) I/O 口進(jìn)行掃描，而對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描的方法又可分為程控掃描法、中斷掃描法和定時(shí)掃描法。鍵盤(pán)可分為編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)兩種類(lèi)型。但它占用機(jī)市時(shí)長(zhǎng)，只要單片機(jī)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(bào)警顯示。 X5045 的 RST 與上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位相或后接 89C52 的 RST；電容 C R65 構(gòu)成上電復(fù)位電路； R6開(kāi)關(guān) SW R65 構(gòu)成手動(dòng)復(fù)位電路；當(dāng)任何一個(gè)復(fù)位生效時(shí)，通過(guò)或門(mén)就能使單片機(jī)復(fù)位。 X5045 是一種集看門(mén)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(qiáng)型 8051 單片機(jī)，它是 8 位 CPU，具有 256 個(gè)字節(jié)片內(nèi) RAM 和 8K 片內(nèi) ROM，一個(gè)全雙工串行口， 3 個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源和 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)， 32 根 I/O 口 [6]。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（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(shí) 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 17 放大電路用了 4 個(gè)放大器，前邊的 A A A3 及附屬的電阻組成了三運(yùn)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(yùn)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(gè)電阻在應(yīng)力作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出相應(yīng)的電壓。每隔一定時(shí)