【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(jí) 作 者 姓 名 作 者 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo) 教師職稱 教授 完 成 時(shí) 間 2021 年 12 月 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處共 4 頁(yè) 第 1 頁(yè) 譯文標(biāo)題 基于 CAN 總線的樓宇溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 原文標(biāo)題 Distributed Building Temperature Control System Based on CAN Bus 作 者 WAN ZHONG,etc 譯 名 萬(wàn)忠等 國(guó) 籍 中國(guó) 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(shè)計(jì) 萬(wàn)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(shè)計(jì)方案，分析了控制臺(tái)和分布在樓宇中的控制節(jié)點(diǎn)之間的通信問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樓字溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)，并對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警和控制，試驗(yàn)表明該系統(tǒng)可靠，能實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的． 關(guān)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(huì)面臨用電最多的季節(jié)：電力迎峰度夏． 2021年以來(lái)，我國(guó)供電形勢(shì)從緩和轉(zhuǎn)為全面吃緊，建筑節(jié)能成為熱點(diǎn)問(wèn)題，其中空調(diào)節(jié)能是最突出的．公共建筑的空調(diào)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(dá)到 33 億千瓦，接近所有居民生活用電的一半[1]．據(jù)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(guò)對(duì)樓宇的內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)從而控制樓宇空調(diào)。 2． 2 CAN 總線接口設(shè)計(jì) CAN 總線通信的波特率高達(dá) 1Mb／ s，最遠(yuǎn)通信距離可達(dá) lOkm； CAN 總線通信采用短幀結(jié)構(gòu)，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間短，受干擾的概率低，并且 CAN 總線協(xié)議有良好的檢錯(cuò)措施，因此 CAN 總線通信的可靠性較高，可以 應(yīng)用于有較強(qiáng)干擾的環(huán)境． CAN 總線定義網(wǎng)絡(luò)中的每一節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一地址，在實(shí)際應(yīng)用中， CAN 總線最多可掛 110 個(gè)節(jié)點(diǎn)．基于 CAN 總線通信對(duì)于傳送的信息幀可以設(shè)定不同的優(yōu)先級(jí)，并通過(guò)總線仲裁機(jī)制使高優(yōu)先級(jí)的信息能夠被優(yōu)先、及時(shí)地傳送，保證了更重要的信息能及時(shí)地被傳送，從而增加了 CAN 總線通信的實(shí)時(shí)性． CAN 總線接口采用 PHILIPS 公司生產(chǎn)的 CAN 控制器 SJAl000 和 CAN 驅(qū)動(dòng)器PCA82C250． SJAl000 是集成的獨(dú)立 CAN 控制器 (與 PHILIPS 早期的 CAN 控制器 PCA82C200完全兼容 )，負(fù)責(zé)完成 CAN 總線通信協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能閣． SJAl000 內(nèi)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(jī)就是通過(guò)讀寫這些寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) SJAl000 的控制；芯片的 TXO、 RXO 引腳用于與 CAN 總線收發(fā)驅(qū)動(dòng)芯片相連． PCA82C250 是專門用于 CAN 總線收發(fā)驅(qū)動(dòng)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(hào)；雙絞線 (同軸電纜 )傳輸介質(zhì)分別接至 CANH、 CANL 引腳．考慮到使用現(xiàn)場(chǎng)可能有各種各樣的干擾，在 CAN 控制器和驅(qū)動(dòng)器之間增加高速光耦隔離器件(6N137) [6]． 2． 3 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì) 控制節(jié)點(diǎn)主要包括 CAN 總線接口、控制模塊和溫度傳感器 DSl8820，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3 所示． Dallas 半導(dǎo)體公司最新單 線 數(shù) 字 溫 度 傳 感 器DSl8820 是一款體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)的數(shù)字化溫度傳感器．現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)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(shè)計(jì)更靈活、方便． DSl8820 內(nèi)部 ROM 中的 64 位序列號(hào)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(chǎn)品 類型標(biāo)號(hào)，DSl8820 的產(chǎn)品系列碼固定為 28H；接著的 48 位是該 DSl8820 自身的序列號(hào)，而這 48 位序列號(hào)為全球唯一的，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼．利用 DSl8820 ROM 中的序列號(hào)作為 1 一 Wire 網(wǎng)絡(luò)中的地址，唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)傳感器，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DSl8820 的目的． 根據(jù) Dallas 公司提供的 DSl8820 資料，每根單線總線上最多可以掛 248 個(gè) l— Wire 器件tTl．但在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)并非如此．當(dāng)一根單線總線上所掛的 DSl8820 超過(guò) 8 個(gè)時(shí)，就需要解決控制節(jié)點(diǎn)的單片機(jī)對(duì)單線總 線的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，否則單片機(jī)就不能正確實(shí)現(xiàn)對(duì) DSl8820 的讀寫．同圖 3 控制節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 共 4 頁(yè) 第 3 頁(yè) 時(shí)，連接 DSl8820 的總線電纜也是有長(zhǎng)度限制的，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜作為總線傳輸測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)時(shí)，長(zhǎng)度超過(guò) 50m 時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤．當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通信距離可達(dá) 150m．因此該系統(tǒng)每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)一根單線總線最多接 8 個(gè) DSl8820，這樣設(shè)計(jì)的目的既能保證單片機(jī)對(duì)總線的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)也能滿足通信距離不超過(guò) 150m，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行． 系統(tǒng)構(gòu)成包括控制臺(tái)和控制節(jié)點(diǎn)兩部分，因此軟件設(shè)計(jì)主要包括控制臺(tái)程序 設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，控制臺(tái)程序結(jié)構(gòu)如圖 4 所示． 3． 1 控制臺(tái)軟件設(shè)計(jì) 控制臺(tái)程序從大模塊上劃分為初始化和主調(diào)度兩塊．初始化部分僅在上電啟動(dòng)或復(fù)位時(shí)運(yùn)行一次；主調(diào)度主要包括 CAN 信息幀處理、鍵盤按鍵處理、顯示處理和報(bào)警、數(shù)據(jù)和時(shí)間處理、中斷控制等部分 . 主調(diào)度主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理各個(gè)子任務(wù)的運(yùn)行，主調(diào)度巡查各個(gè)子任務(wù)激活條件，當(dāng)激活子任務(wù)的事件發(fā)生時(shí)，將激活該子任務(wù)運(yùn)行，否則跳過(guò)這一子任務(wù)；如果有多個(gè)激活條件出現(xiàn)，主調(diào)度負(fù)責(zé)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(shí)鐘芯片 初始化等． CAN 信息幀處理模塊主要實(shí)現(xiàn)利用 CAN 總線實(shí)現(xiàn)控制臺(tái)和各控制節(jié)點(diǎn)之間的通信．鍵盤按鍵處理模塊主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤的輸入按鍵的識(shí)別及相關(guān)處理．顯示處理和報(bào)警模塊則實(shí)現(xiàn)根據(jù)數(shù)據(jù)時(shí)間處理模塊處理的結(jié)果傳送至 LCD 顯示，并控制報(bào)警系統(tǒng)．?dāng)?shù)據(jù)和時(shí)間處理模塊主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)從CAN 總線接口接受來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并保存到 AT24C128 中，并根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間和溫度報(bào)警設(shè)定值做相應(yīng)的處理．最后的中斷控制模塊用實(shí)現(xiàn) CAN 總線接以口實(shí)時(shí)通信和鍵盤按鍵實(shí)時(shí)響應(yīng)． 3． 2 控制節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 控制節(jié)點(diǎn)的主要功能是和控制臺(tái)通信，檢測(cè)分布在每 個(gè)房問(wèn)中的 DSl8820 的溫度值，如果超過(guò)限定值，則向控制臺(tái)報(bào)警并控制該房間的空調(diào)風(fēng)門．同時(shí)通過(guò) CAN 總線向控制臺(tái)報(bào)告房間號(hào)和溫度值．根據(jù) DSl8820 的通信協(xié)議，節(jié)點(diǎn)單片機(jī)控制 DSl8820 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì) DSl8820 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)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(duì) DSl8820 進(jìn)行預(yù)定的操作．復(fù)位要求單片機(jī)將數(shù)據(jù)線下拉500μs，然后釋放， DSl8820 收到信號(hào)后等待 16～ 60μs左右，后發(fā)出 60— 240μs 的存在低脈沖，單片機(jī)收到此信號(hào)表示復(fù) 位成功． 當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行 傳感器 DS18B20 測(cè)量溫度 程序的流程時(shí)，它會(huì)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(xùn)服務(wù)，依托于揚(yáng)格考試研究院 —— 以考試研究為核心、以提供考試服務(wù)為目的的專業(yè)考試研究機(jī)構(gòu)，考試百科積累了優(yōu)厚的師資和豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。 共 4 頁(yè) 第 5 頁(yè)