【正文】 作者所在系 別 電子工程系 作者所在專業(yè) 電子信息工程 作者所在班級 作 者 姓 名 作 者 學 號 指導教師姓名 指導 教師職稱 教授 完 成 時 間 2021 年 12 月 北華航天工業(yè)學院教務處共 4 頁 第 1 頁 譯文標題 基于 CAN 總線的樓宇溫度控制系統(tǒng)設計 原文標題 Distributed Building Temperature Control System Based on CAN Bus 作 者 WAN ZHONG,etc 譯 名 萬忠等 國 籍 中國 原文出處 Journal of Zhejiang Wanli University 基于 CAN 總線的樓宇溫度控制系統(tǒng)設計 萬忠，謝志波 摘要 文章提 出了一種基于 CAN 總線的樓宇溫度控制系統(tǒng)，并給出了系統(tǒng)硬件和軟件的設計方案，分析了控制臺和分布在樓宇中的控制節(jié)點之間的通信問題，從而實現對樓字溫度實時檢測，并對異常情況進行報警和控制，試驗表明該系統(tǒng)可靠，能實現節(jié)能目的． 關鍵詞： 溫度控制 CAN總線 節(jié)能 隨著人們生活水平的提高，電力工業(yè)每年都會面臨用電最多的季節(jié)：電力迎峰度夏． 2021年以來，我國供電形勢從緩和轉為全面吃緊，建筑節(jié)能成為熱點問題，其中空調節(jié)能是最突出的．公共建筑的空調是高能耗的源頭之一．以北京為例，公共建筑盡管只占全市民用建筑總 面積的 5． 4％，但公共建筑全年總耗電量卻達到 33 億千瓦，接近所有居民生活用電的一半[1]．據初步了解，北京市的公共建筑普遍存在著 30％ 50％的節(jié)能空間 [2]．一種最重要的方法是通過對樓宇的內部溫度進行實時檢測從而控制樓宇空調。 2． 2 CAN 總線接口設計 CAN 總線通信的波特率高達 1Mb／ s，最遠通信距離可達 lOkm； CAN 總線通信采用短幀結構，使得數據傳輸的時間短，受干擾的概率低，并且 CAN 總線協議有良好的檢錯措施，因此 CAN 總線通信的可靠性較高，可以 應用于有較強干擾的環(huán)境． CAN 總線定義網絡中的每一節(jié)點對應一地址，在實際應用中， CAN 總線最多可掛 110 個節(jié)點．基于 CAN 總線通信對于傳送的信息幀可以設定不同的優(yōu)先級，并通過總線仲裁機制使高優(yōu)先級的信息能夠被優(yōu)先、及時地傳送，保證了更重要的信息能及時地被傳送，從而增加了 CAN 總線通信的實時性． CAN 總線接口采用 PHILIPS 公司生產的 CAN 控制器 SJAl000 和 CAN 驅動器PCA82C250． SJAl000 是集成的獨立 CAN 控制器 (與 PHILIPS 早期的 CAN 控制器 PCA82C200完全兼容 )，負責完成 CAN 總線通信協議的物理層和數據鏈路層的功能閣． SJAl000 內置控制寄存器、命令寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器和收、發(fā)寄存器等，單片機就是通過讀寫這些寄存器來實現對 SJAl000 的控制；芯片的 TXO、 RXO 引腳用于與 CAN 總線收發(fā)驅動芯片相連． PCA82C250 是專門用于 CAN 總線收發(fā)驅動的 8 腳芯片， TXD、 RXD 引腳分別接收和發(fā)送 CAN 總線控制器的信號；雙絞線 (同軸電纜 )傳輸介質分別接至 CANH、 CANL 引腳．考慮到使用現場可能有各種各樣的干擾，在 CAN 控制器和驅動器之間增加高速光耦隔離器件(6N137) [6]． 2． 3 節(jié)點硬件設計 控制節(jié)點主要包括 CAN 總線接口、控制模塊和溫度傳感器 DSl8820，系統(tǒng)結構如圖 3 所示． Dallas 半導體公司最新單 線 數 字 溫 度 傳 感 器DSl8820 是一款體積更小、適用電壓更寬、更經濟的數字化溫度傳感器．現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的 抗 干擾 性 ，并 且支 持35． 5V 的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便． DSl8820 內部 ROM 中的 64 位序列號是出廠前用激光光刻寫好的，它可以看作是該 DSl8820 的地址序列碼． 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位是產品 類型標號，DSl8820 的產品系列碼固定為 28H；接著的 48 位是該 DSl8820 自身的序列號，而這 48 位序列號為全球唯一的，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼．利用 DSl8820 ROM 中的序列號作為 1 一 Wire 網絡中的地址，唯一標識一個傳感器，這樣就可以實現一根總線上掛接多個DSl8820 的目的． 根據 Dallas 公司提供的 DSl8820 資料，每根單線總線上最多可以掛 248 個 l— Wire 器件tTl．但在試驗中發(fā)現并非如此．當一根單線總線上所掛的 DSl8820 超過 8 個時，就需要解決控制節(jié)點的單片機對單線總 線的驅動問題，否則單片機就不能正確實現對 DSl8820 的讀寫．同圖 3 控制節(jié)點的硬件結構設計圖 共 4 頁 第 3 頁 時，連接 DSl8820 的總線電纜也是有長度限制的，當采用普通信號電纜作為總線傳輸測溫數據時，長度超過 50m 時，讀取的測溫數據就會發(fā)生錯誤．當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通信距離可達 150m．因此該系統(tǒng)每個控制節(jié)點一根單線總線最多接 8 個 DSl8820，這樣設計的目的既能保證單片機對總線的驅動，同時也能滿足通信距離不超過 150m，從而實現系統(tǒng)的穩(wěn)定運行． 系統(tǒng)構成包括控制臺和控制節(jié)點兩部分，因此軟件設計主要包括控制臺程序 設計和節(jié)點程序設計兩個部分，控制臺程序結構如圖 4 所示． 3． 1 控制臺軟件設計 控制臺程序從大模塊上劃分為初始化和主調度兩塊．初始化部分僅在上電啟動或復位時運行一次；主調度主要包括 CAN 信息幀處理、鍵盤按鍵處理、顯示處理和報警、數據和時間處理、中斷控制等部分 . 主調度主要負責協調和管理各個子任務的運行，主調度巡查各個子任務激活條件，當激活子任務的事件發(fā)生時，將激活該子任務運行，否則跳過這一子任務；如果有多個激活條件出現，主調度負責仲裁．系統(tǒng)初始化的功能是建立系統(tǒng)使用環(huán)境，包括 CAN 總線接口初始化、時鐘芯片 初始化等． CAN 信息幀處理模塊主要實現利用 CAN 總線實現控制臺和各控制節(jié)點之間的通信．鍵盤按鍵處理模塊主要用來實現鍵盤的輸入按鍵的識別及相關處理．顯示處理和報警模塊則實現根據數據時間處理模塊處理的結果傳送至 LCD 顯示，并控制報警系統(tǒng)．數據和時間處理模塊主要是實現對從CAN 總線接口接受來的數據進行處理并保存到 AT24C128 中，并根據系統(tǒng)時間和溫度報警設定值做相應的處理．最后的中斷控制模塊用實現 CAN 總線接以口實時通信和鍵盤按鍵實時響應． 3． 2 控制節(jié)點軟件設計 控制節(jié)點的主要功能是和控制臺通信，檢測分布在每 個房問中的 DSl8820 的溫度值，如果超過限定值，則向控制臺報警并控制該房間的空調風門．同時通過 CAN 總線向控制臺報告房間號和溫度值．根據 DSl8820 的通信協議，節(jié)點單片機控制 DSl8820 完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DSl8820 進行復位，復位成功后發(fā)送～條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令嘲，這樣才能對 DSl8820 進行預定的操作．復位要求單片機將數據線下拉500μs，然后釋放， DSl8820 收到信號后等待 16～ 60μs左右，后發(fā)出 60— 240μs 的存在低脈沖，單片機收到此信號表示復 位成功． 當單片機執(zhí)行 傳感器 DS18B20 測量溫度 程序的流程時，它會發(fā)出溫度變換命令。 2。 After that 48 bits are this DS18B20 own sequence numbers, and these 48 sequences number is only one in the whole world, finally 8 bits are the front 56 cyclical redundancy check code. So use the 64 bits serial number we can divide each DS18B20,and we can meets many temperature sensors of DS18B20 on one1Wire Bus. According to DALLAS Semiconductor Corporation39。 考試百科還提供考試咨詢、培訓服務，依托于揚格考試研究院 —— 以考試研究為核心、以提供考試服務為目的的專業(yè)考試研究機構，考試百科積累了優(yōu)厚的師資和豐富的教學經驗。 共 4 頁 第 5 頁