【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志由 6 個(gè)連續(xù)的隱性位組成。發(fā)送后， “錯(cuò)誤一認(rèn)可”節(jié)點(diǎn)在開始進(jìn)一步發(fā)送前將等待一段附加時(shí)間。c. “總線脫離”節(jié)點(diǎn) :當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)由于請(qǐng)求故障界定實(shí)體而對(duì)總線處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，其處于“總線脫離”狀態(tài)。在 “總線脫離” 狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)既不發(fā)送，也不接收任何幀。只有應(yīng)用戶請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)才能解脫“總線脫離”狀態(tài)。 物理層物理層是將 ECU 連接至總線的電路實(shí)現(xiàn)。ECU 的總數(shù)將受限于總線上的電氣負(fù)載。CAN 的物理層劃分為幾部分:物理信令子層、 PMA 子層、MDI 子層物理信令實(shí)現(xiàn)與位表示。定時(shí)和同步相關(guān)的功能。PMA 實(shí)現(xiàn)總線發(fā)送/ 接收的功能電路并提供總線故障檢測(cè)方法。MDI 實(shí)現(xiàn)物理媒體和MAU 之間機(jī)械和電器接口。 CAN 總線的應(yīng)用CAN 的第一層物理層負(fù)責(zé)物理信號(hào)傳輸、譯碼、位時(shí)序和位同步等功能，第二層數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)像總線仲裁、信息分段以及數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)確認(rèn)、錯(cuò)誤檢測(cè)、信號(hào)傳輸和錯(cuò)誤控制等功能。CAN 標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定應(yīng)用層。實(shí)際上，即使在執(zhí)行一些非常簡(jiǎn)單的基于 CAN 的分布式系統(tǒng)時(shí)，除了基本的二層服務(wù)以外，還要求或希望有更多的功能，如發(fā)送長(zhǎng)于 8 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊，響應(yīng)或確定數(shù)據(jù)傳送，標(biāo)識(shí)符分配，網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)或監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。由于這些附加的功能直接支持應(yīng)用進(jìn)程，所以它可以被認(rèn)作“應(yīng)用層 ”。本文所介紹的基于 CAN 總線的溫濕度智能儀表系統(tǒng)就是結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際對(duì) CAN 應(yīng)用層的開發(fā)。CAN 總線的第一層和第二層協(xié)議，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議一般都被封裝在具體的芯片中。即集成 CAN 總線控制器，集成 CAN 總線控制器按是否和微控制器結(jié)合分為兩類:一種是獨(dú)立的 CAN 總線控制器: 如 Intel 825282527，Philips 的 82C200、SJAI1000，NEC 的72022，Simens 的 8lC90/91 等。一種是和微控制器結(jié)合的芯片:如 Philips 的 8XC592，8XCE595，P87C591 ，Microchip 的PIC18F8680/6680 和 PIC18F8585/6585，Motorola 的 68HC05X68HC05X16 等。負(fù)責(zé)集成 CAN 總線控制器和物理傳輸線路之間的接口的器件是 CAN 總線收發(fā)器，該器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力。CAN 總線收發(fā)器有:Philips 的 PCA82C250、PCA82C25高速的有TJA1040/1041/1050/1054，Microchip 的 MCP2551 等。4 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能描述無論是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，還是日常生活中，對(duì)溫、濕度的檢測(cè)都是必不可少的，對(duì)于溫、濕度的檢測(cè)通常是采用熱敏電阻在通過 A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，但由于信號(hào)的采集對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響很大，如果采樣精度不高，會(huì)使這個(gè)系統(tǒng)準(zhǔn)確性下降，而本系統(tǒng)將采用新一代的技術(shù)實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)任務(wù)。本系統(tǒng)可分為多個(gè) CAN 總線發(fā)送節(jié)點(diǎn)和 CAN 總線接收節(jié)點(diǎn)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)采集溫濕度信息，通過 CAN 總線將數(shù)據(jù)信息傳到接收節(jié)點(diǎn)。操作者在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇不同測(cè)試點(diǎn)，采集溫濕度信號(hào)。通過 CAN 總線將接收到的溫濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過處理在手持終端的顯示屏上顯示，也可將接收節(jié)點(diǎn)將總線上的數(shù)據(jù)通過串口傳入 PC 機(jī)進(jìn)行更進(jìn)一步的分析處理。 方案論證 主控芯片部分選擇方案一：采用專用的內(nèi)嵌 CAN 控制器的處理器芯片 [1]P87C591 是一款內(nèi)嵌 的微處理器芯片，該芯片是 Philips 公司生產(chǎn)的全靜態(tài) 80C51 中央處理單元的單片機(jī)，可提供 OTP、ROM 和無 ROM 型。帶 6 路模擬輸入的 10 為 ADC，可選擇快速 8 位 ADC，帶兩個(gè) 8 位分辨率的脈寬調(diào)制輸出（PWM） ，內(nèi)含 控制器，增強(qiáng)型PeliCAN 內(nèi)核（取自 SJA1000 獨(dú)立 控制器） ，64B 接收 FIFO，13B 發(fā)送緩沖區(qū)。該單片功能強(qiáng)大，硬件設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單，完全滿足本設(shè)計(jì)。方案二：采用單片機(jī)和獨(dú)立的 CAN 控制器構(gòu)成本系統(tǒng)本方案采用常用的 51 系列單片機(jī)，及由 SJA1000 CAN 控制器和 P82C250 CAN 總線接口驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成單個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)。SJA1000 是一種獨(dú)立的 CAN 控制器，是 Philips 半導(dǎo)體公司 PCA82C200控制器（BasicCAN）的替代品。它增加了一種新的工作模式（PeliCAN） ，該模式支持很多新特性的 CAN 協(xié)議。它內(nèi)部固化有 CANBUS 協(xié)議，能構(gòu)獨(dú)立執(zhí)行 CAN 總線協(xié)議。P82C250 是CAN 控制器與物理介質(zhì)之間的接口，可驅(qū)動(dòng) 110 個(gè)同樣采用 P82C250 作為總線接口的節(jié)點(diǎn)。該方案成本低，完全滿足本設(shè)計(jì)要求。綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足具有簡(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu)，但其開發(fā)周期較長(zhǎng)，成本較高，而且相關(guān)學(xué)習(xí)資料較少，常用編程器無法對(duì)其進(jìn)行程序燒寫；而方案二為較為常用，有很多資料可供查閱，技術(shù)更成熟，因此我們選擇方案二來作為本設(shè)計(jì)的控制核心。 傳感器選擇方案一：采用溫濕度分立的傳感器?？梢圆捎?DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20， DS18B20 支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 55oC～ +125oC，在10 oC～ +85oC 范圍內(nèi)，精度為177。 oC。具 有 耐 磨 耐 碰 ， 體 積 小 ， 使用 方 便 ， 封 裝 形 式 多 樣 ， 適 用 于 各 種 狹 小 空 間 設(shè) 備 數(shù) 字 測(cè) 溫 和 控 制 領(lǐng) 域 。采用 HS1100/HS1101 濕度傳感器 [3]。HS1100/HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容值隨著相對(duì)濕度的改變而改變。將其接入一個(gè)類似 555 電路的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，就可以得到電容值和輸出頻率的線性關(guān)系。相對(duì)濕度在 1%～ 100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 16pF 變到200pF，其誤差不大于177。2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于 5S；溫度系數(shù)為 。是一種非常經(jīng)典的數(shù)字式相對(duì)濕度檢測(cè)解決方案。方案二：采用智能一體化溫濕度傳感器 [5]。采用內(nèi)部溫濕度一體傳感器 SHT10/11。SHT10/11 是瑞士 Sensirion 公司生產(chǎn)的具有雙線串行總線接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式相對(duì)濕度和溫度傳感器。該傳感器采用獨(dú)特的 CMOSens TM 技術(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點(diǎn)。內(nèi)部有自動(dòng)補(bǔ)償功能，測(cè)得的溫濕度相互影響較小。綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測(cè)量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，濕度測(cè)量一個(gè)物理量需要用到兩個(gè)芯片，增加電路的復(fù)雜性，由于方案一是溫度和濕度相互獨(dú)立的元件，它們?cè)跍y(cè)量時(shí)會(huì)有相互影響。而方案二硬件連接簡(jiǎn)單無需 A/D轉(zhuǎn)換，內(nèi)部含有溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)。因此，我們選擇方案二來作為本設(shè)計(jì)的傳感器。根據(jù)以上分析，為了使設(shè)計(jì)的成本低、抗干擾強(qiáng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能好，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案主控部分采用 51 單片機(jī)和 CAN 總線控制器 SJA1000 構(gòu)成，傳感器部分采用智能一體化溫濕度傳感器 SHT11。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。系統(tǒng)主要包括溫、濕度信息采集，單個(gè) CAN 總線節(jié)點(diǎn)及數(shù)據(jù)處理顯示。系統(tǒng)的某個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過傳感器將溫、濕度信息采集到單片機(jī)內(nèi)，然后在通過 CAN 控制器SJA1000 按照一定的協(xié)議和檢錯(cuò)機(jī)制構(gòu)成幀，通過總線發(fā)送出去。系統(tǒng)的接收節(jié)點(diǎn)通過中斷接收數(shù)據(jù)。有數(shù)據(jù)需要接受時(shí)，CAN 控制器 SJA1000 硬件產(chǎn)生中斷，同時(shí) CAN 控制器會(huì)對(duì)接收的幀信息進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，判斷是否有誤碼信息。如果接收的數(shù)據(jù)有溢出或錯(cuò)誤，CAN 控制器會(huì)置位 CAN 總線控制器的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位，單片機(jī)會(huì)對(duì)該 CAN 節(jié)點(diǎn)軟復(fù)位。如果接收到的數(shù)據(jù)沒有錯(cuò)誤，通過單片機(jī)提取出數(shù)據(jù)位，計(jì)算出溫、濕度值，并顯示在液晶顯示屏上。由于 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)不分主從，所以系統(tǒng)的所有節(jié)點(diǎn)都可以作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)或接收節(jié)點(diǎn)。圖 系統(tǒng)框圖5 基于 CAN 溫濕度儀表分布式測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本課題的目的是設(shè)計(jì)多個(gè)基于 CAN 總線的溫濕度測(cè)量節(jié)點(diǎn)，以便構(gòu)成多點(diǎn)溫濕度測(cè)量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。核心的問題是對(duì)環(huán)境溫濕度參數(shù)的采集，計(jì)算和反饋以及各個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的傳遞。由于A T 8 9 S 5 2溫濕度模塊S H T 1 1顯示模塊L C D 1 6 0 2S J A 1 0 0 0驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路( 8 2 C 2 50 )C A N HC A N L系統(tǒng)中使用了傳感器，而且還要實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)距離通信，因此對(duì)核心控制系統(tǒng)的選擇就有了一些特殊的要求?，F(xiàn)今在信息科學(xué)和工業(yè)控制領(lǐng)域，技術(shù)發(fā)展日新月異，中央處理芯片的種類繁多。對(duì)本項(xiàng)目來說，考慮到硬件電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，成本上也必須有所兼顧。在這樣的前提下，選用美國(guó)ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S52 單片機(jī)，不失為一個(gè)性價(jià)比較高的選擇。首先，該單片機(jī)推向市場(chǎng)已久，是一款非常成熟的產(chǎn)品。各種相關(guān)的應(yīng)用資料比較豐富，許多實(shí)際問題的解決案例都是控制系統(tǒng)領(lǐng)域的經(jīng)典。其次，外圍可以與之搭配的芯片很豐富。由于產(chǎn)品推出的年代較早，因此集成度一般。要完成空氣監(jiān)測(cè)這樣一個(gè)大的課題，光依靠一片單片機(jī)是不可能的。好在諸如串行通訊，CAN 總線通訊等應(yīng)用都有成熟的，可靠性極高的芯片與之搭配，經(jīng)過資源分配，證明了這樣的組合完全能夠勝任溫濕度測(cè)量和各 CAN 節(jié)點(diǎn)通信的任務(wù)。最后，由于傳感器的成本較高，因此必須在其他地方考慮到成本上的精減。這樣的一片單片機(jī)，外加周圍必要的器件組合而成的單片機(jī)小系統(tǒng)，成本上仍舊非常具有競(jìng)爭(zhēng)力。而且功能和穩(wěn)定性上也能到達(dá)要求。真正是做到物盡其用。選定了核心控制方案，以下對(duì)所使用的單片機(jī)及一些相關(guān)的外圍器件做適當(dāng)?shù)慕榻B。 單片機(jī) AT89S52 簡(jiǎn)介AT89S52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 圖 AT89S52 引腳圖的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容。適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合 [10]。其引腳圖見圖 所示。 單片機(jī)應(yīng)用知識(shí)本系統(tǒng)主控部分由單片機(jī) AT89S52 來實(shí)現(xiàn)，主要涉及的單片機(jī)單片機(jī)中斷操作、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的使用等知識(shí)。 單片機(jī)中斷知識(shí)單片機(jī)中斷是指 CPU 暫時(shí)停止當(dāng)前程序執(zhí)行轉(zhuǎn)而為其他程序服務(wù)，并在中斷服務(wù)完成后自動(dòng)返回原程序執(zhí)行的過程 [6]。中斷可以提高 CPU 的工作效率，使 CPU 可以通過分時(shí)操作啟動(dòng)多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作，并能對(duì)他們進(jìn)行統(tǒng)一的管理。中斷可以提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理實(shí)效，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理報(bào)警和故障信息，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和系統(tǒng)的安全性，對(duì)系統(tǒng)做出應(yīng)急處理側(cè)。AT89S52 的中斷系統(tǒng)包括六個(gè)中斷源，它們的符號(hào)、名稱及產(chǎn)生的條件分別解釋如下:（1） INT0 — 外部中斷 0，由 口輸入，低電平或下降沿引起。（2） INT1 — 外部中斷 1，由 口輸入，低電平或下降沿引起。（3） T0 — 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 中斷，由 T0 計(jì)數(shù)器計(jì)滿回零引起。（4） T1 — 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 中斷，由 T1 計(jì)數(shù)器計(jì)滿回零引起。（5） T2 — 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 中斷，由 T2 計(jì)數(shù)器計(jì)滿回零引起。（6） TI/RI — 串行口中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送/接收引起。以上 6 個(gè)中斷源中，T2 是 52 單片機(jī)特有的，它們的默認(rèn)的中斷級(jí)別如表 所示。表 AT89S52 單片機(jī)中斷級(jí)別中斷源 默認(rèn)中斷級(jí)別 序號(hào)（C 語言用） 入口地址INT0外部中斷 0 最高 0 0003HT0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 中斷 第 2 1 000BHINT1外部中斷 1 第 3 2 0013HT1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 中斷 第 4 3 001BHTI/RI—串行口中斷 第 5 4 0023HT2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 中斷 最低 5 002BH每一個(gè)中斷源都對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，他們?cè)O(shè)置在特殊功能寄存器 TCON 和 SCON 中，當(dāng)這些中斷源請(qǐng)求中斷時(shí)，相應(yīng)的標(biāo)志分別由 TCON 和 SCON 中的相應(yīng)位來鎖存。對(duì)中斷源的開放或屏蔽是由中斷允許寄存器 IE 控制的。 單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器AT89S52 單片機(jī)內(nèi)部有三個(gè) 16 位的可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器 T0、定時(shí)器 T1 和定時(shí)器T2。它們既有定時(shí)功能，又有計(jì)數(shù)功能，均是二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿回零時(shí)能自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求，表示定時(shí)時(shí)間已到或計(jì)數(shù)己終止。三個(gè)定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器均可編程設(shè)定為定時(shí)模式和計(jì)數(shù)模式兩種，在這兩種模式下又均可設(shè)定四種工作方式，其控制和狀態(tài)均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對(duì)控制寄存器的編程，就可方便地選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞?。定時(shí)模式下的定時(shí)時(shí)間和計(jì)數(shù)模式下的計(jì)數(shù)均可通過程序設(shè)定。通過軟件寫入 TMOD（字節(jié)地址為 89H）和 TCON（字節(jié)地址為88H）兩個(gè) 8 位寄存器來設(shè)置定時(shí) /計(jì)數(shù)器的操作模式和控制功能。由于本系統(tǒng)只用到定時(shí)器 T1 和T0，這里只介紹 MM0 模式控制位的功能。（1）工作模式寄存器 TMOD 的位定義如下表 所示：表 工作模式寄存器 TMOD 的位定義定時(shí)器 T1 定時(shí)器 T0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0GATC/T M1 M0 GATC/T M1 M0由表 可知，TMOD 的高 4 位用于設(shè)置定時(shí)器 1，低四位用于設(shè)置定時(shí)器 0，對(duì)應(yīng) 4 位的含義如下：GATE門控制位。GATE=0，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)與停止僅受 TCON 寄存器中 T