【文章內容簡介】 ，認可錯誤標志由 6 個連續(xù)的隱性位組成。發(fā)送后， “錯誤一認可”節(jié)點在開始進一步發(fā)送前將等待一段附加時間。c. “總線脫離”節(jié)點 :當一個節(jié)點由于請求故障界定實體而對總線處于關閉狀態(tài)時，其處于“總線脫離”狀態(tài)。在 “總線脫離” 狀態(tài)下節(jié)點既不發(fā)送，也不接收任何幀。只有應用戶請求，節(jié)點才能解脫“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現(xiàn)。ECU 的總數(shù)將受限于總線上的電氣負載。CAN 的物理層劃分為幾部分:物理信令子層、 PMA 子層、MDI 子層物理信令實現(xiàn)與位表示。定時和同步相關的功能。PMA 實現(xiàn)總線發(fā)送/ 接收的功能電路并提供總線故障檢測方法。MDI 實現(xiàn)物理媒體和MAU 之間機械和電器接口。 CAN 總線的應用CAN 的第一層物理層負責物理信號傳輸、譯碼、位時序和位同步等功能，第二層數(shù)據(jù)鏈路層負責像總線仲裁、信息分段以及數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)確認、錯誤檢測、信號傳輸和錯誤控制等功能。CAN 標準沒有規(guī)定應用層。實際上，即使在執(zhí)行一些非常簡單的基于 CAN 的分布式系統(tǒng)時，除了基本的二層服務以外，還要求或希望有更多的功能，如發(fā)送長于 8 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊，響應或確定數(shù)據(jù)傳送，標識符分配，網絡啟動或監(jiān)控節(jié)點。由于這些附加的功能直接支持應用進程，所以它可以被認作“應用層 ”。本文所介紹的基于 CAN 總線的溫濕度智能儀表系統(tǒng)就是結合項目實際對 CAN 應用層的開發(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合分為兩類:一種是獨立的 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合的芯片:如 Philips 的 8XC592，8XCE595，P87C591 ，Microchip 的PIC18F8680/6680 和 PIC18F8585/6585，Motorola 的 68HC05X68HC05X16 等。負責集成 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，該器件對總線提供差動發(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)方案設計 系統(tǒng)功能描述無論是工農業(yè)生產中，還是日常生活中，對溫、濕度的檢測都是必不可少的，對于溫、濕度的檢測通常是采用熱敏電阻在通過 A/D（模/數(shù)）轉換得到數(shù)字信號，但由于信號的采集對整個系統(tǒng)的影響很大，如果采樣精度不高，會使這個系統(tǒng)準確性下降，而本系統(tǒng)將采用新一代的技術實現(xiàn)此項任務。本系統(tǒng)可分為多個 CAN 總線發(fā)送節(jié)點和 CAN 總線接收節(jié)點，發(fā)送節(jié)點采集溫濕度信息，通過 CAN 總線將數(shù)據(jù)信息傳到接收節(jié)點。操作者在現(xiàn)場環(huán)境選擇不同測試點，采集溫濕度信號。通過 CAN 總線將接收到的溫濕度數(shù)據(jù)經過處理在手持終端的顯示屏上顯示，也可將接收節(jié)點將總線上的數(shù)據(jù)通過串口傳入 PC 機進行更進一步的分析處理。 方案論證 主控芯片部分選擇方案一：采用專用的內嵌 CAN 控制器的處理器芯片 [1]P87C591 是一款內嵌 的微處理器芯片，該芯片是 Philips 公司生產的全靜態(tài) 80C51 中央處理單元的單片機，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 8 位分辨率的脈寬調制輸出（PWM） ，內含 控制器，增強型PeliCAN 內核（取自 SJA1000 獨立 控制器） ，64B 接收 FIFO，13B 發(fā)送緩沖區(qū)。該單片功能強大，硬件設計電路簡單，完全滿足本設計。方案二：采用單片機和獨立的 CAN 控制器構成本系統(tǒng)本方案采用常用的 51 系列單片機，及由 SJA1000 CAN 控制器和 P82C250 CAN 總線接口驅動芯片構成單個 CAN 節(jié)點。SJA1000 是一種獨立的 CAN 控制器，是 Philips 半導體公司 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。它內部固化有 CANBUS 協(xié)議，能構獨立執(zhí)行 CAN 總線協(xié)議。P82C250 是CAN 控制器與物理介質之間的接口，可驅動 110 個同樣采用 P82C250 作為總線接口的節(jié)點。該方案成本低，完全滿足本設計要求。綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足具有簡單的硬件結構，但其開發(fā)周期較長，成本較高，而且相關學習資料較少，常用編程器無法對其進行程序燒寫；而方案二為較為常用，有很多資料可供查閱，技術更成熟，因此我們選擇方案二來作為本設計的控制核心。 傳感器選擇方案一：采用溫濕度分立的傳感器。可以采用 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20， DS18B20 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 55oC～ +125oC，在10 oC～ +85oC 范圍內，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 備 數(shù) 字 測 溫 和 控 制 領 域 。采用 HS1100/HS1101 濕度傳感器 [3]。HS1100/HS1101 電容傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容值隨著相對濕度的改變而改變。將其接入一個類似 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系。相對濕度在 1%～ 100%RH 范圍內；電容量由 16pF 變到200pF，其誤差不大于177。2%RH；響應時間小于 5S；溫度系數(shù)為 。是一種非常經典的數(shù)字式相對濕度檢測解決方案。方案二：采用智能一體化溫濕度傳感器 [5]。采用內部溫濕度一體傳感器 SHT10/11。SHT10/11 是瑞士 Sensirion 公司生產的具有雙線串行總線接口的單片全校準數(shù)字式相對濕度和溫度傳感器。該傳感器采用獨特的 CMOSens TM 技術，具有數(shù)字式輸出、免調試、免標定、免外圍電路及全互換的特點。內部有自動補償功能，測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量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內使用時具有良好的線性，濕度測量一個物理量需要用到兩個芯片，增加電路的復雜性，由于方案一是溫度和濕度相互獨立的元件，它們在測量時會有相互影響。而方案二硬件連接簡單無需 A/D轉換，內部含有溫度補償設計。因此，我們選擇方案二來作為本設計的傳感器。根據(jù)以上分析，為了使設計的成本低、抗干擾強，系統(tǒng)動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能好，本系統(tǒng)的設計方案主控部分采用 51 單片機和 CAN 總線控制器 SJA1000 構成，傳感器部分采用智能一體化溫濕度傳感器 SHT11。系統(tǒng)總體結構框圖如圖 所示。系統(tǒng)主要包括溫、濕度信息采集，單個 CAN 總線節(jié)點及數(shù)據(jù)處理顯示。系統(tǒng)的某個發(fā)送節(jié)點通過傳感器將溫、濕度信息采集到單片機內，然后在通過 CAN 控制器SJA1000 按照一定的協(xié)議和檢錯機制構成幀，通過總線發(fā)送出去。系統(tǒng)的接收節(jié)點通過中斷接收數(shù)據(jù)。有數(shù)據(jù)需要接受時，CAN 控制器 SJA1000 硬件產生中斷，同時 CAN 控制器會對接收的幀信息進行錯誤檢測，判斷是否有誤碼信息。如果接收的數(shù)據(jù)有溢出或錯誤，CAN 控制器會置位 CAN 總線控制器的狀態(tài)寄存器的相應位，單片機會對該 CAN 節(jié)點軟復位。如果接收到的數(shù)據(jù)沒有錯誤，通過單片機提取出數(shù)據(jù)位，計算出溫、濕度值，并顯示在液晶顯示屏上。由于 CAN 總線網絡上節(jié)點不分主從，所以系統(tǒng)的所有節(jié)點都可以作為發(fā)送節(jié)點或接收節(jié)點。圖 系統(tǒng)框圖5 基于 CAN 溫濕度儀表分布式測量系統(tǒng)的硬件設計本課題的目的是設計多個基于 CAN 總線的溫濕度測量節(jié)點，以便構成多點溫濕度測量網絡系統(tǒng)。核心的問題是對環(huán)境溫濕度參數(shù)的采集，計算和反饋以及各個 CAN 節(jié)點的數(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驅動保護電路( 8 2 C 2 50 )C A N HC A N L系統(tǒng)中使用了傳感器，而且還要實現(xiàn)各節(jié)點遠距離通信，因此對核心控制系統(tǒng)的選擇就有了一些特殊的要求。現(xiàn)今在信息科學和工業(yè)控制領域，技術發(fā)展日新月異，中央處理芯片的種類繁多。對本項目來說，考慮到硬件電路的設計簡單可靠，成本上也必須有所兼顧。在這樣的前提下，選用美國ATMEL 公司生產的 AT89S52 單片機，不失為一個性價比較高的選擇。首先，該單片機推向市場已久，是一款非常成熟的產品。各種相關的應用資料比較豐富，許多實際問題的解決案例都是控制系統(tǒng)領域的經典。其次，外圍可以與之搭配的芯片很豐富。由于產品推出的年代較早，因此集成度一般。要完成空氣監(jiān)測這樣一個大的課題，光依靠一片單片機是不可能的。好在諸如串行通訊，CAN 總線通訊等應用都有成熟的，可靠性極高的芯片與之搭配，經過資源分配，證明了這樣的組合完全能夠勝任溫濕度測量和各 CAN 節(jié)點通信的任務。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，外加周圍必要的器件組合而成的單片機小系統(tǒng)，成本上仍舊非常具有競爭力。而且功能和穩(wěn)定性上也能到達要求。真正是做到物盡其用。選定了核心控制方案，以下對所使用的單片機及一些相關的外圍器件做適當?shù)慕榻B。 單片機 AT89S52 簡介AT89S52 是美國 ATMEL 公司生產的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8k bytes 圖 AT89S52 引腳圖的可反復擦寫的只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產品引腳兼容。適合于許多較為復雜控制應用場合 [10]。其引腳圖見圖 所示。 單片機應用知識本系統(tǒng)主控部分由單片機 AT89S52 來實現(xiàn)，主要涉及的單片機單片機中斷操作、定時/計數(shù)器的使用等知識。 單片機中斷知識單片機中斷是指 CPU 暫時停止當前程序執(zhí)行轉而為其他程序服務，并在中斷服務完成后自動返回原程序執(zhí)行的過程 [6]。中斷可以提高 CPU 的工作效率，使 CPU 可以通過分時操作啟動多個外設同時工作，并能對他們進行統(tǒng)一的管理。中斷可以提高實時數(shù)據(jù)的處理實效，及時發(fā)現(xiàn)并處理報警和故障信息，提高產品的質量和系統(tǒng)的安全性，對系統(tǒng)做出應急處理側。AT89S52 的中斷系統(tǒng)包括六個中斷源，它們的符號、名稱及產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 — 定時器/計數(shù)器 0 中斷，由 T0 計數(shù)器計滿回零引起。（4） T1 — 定時器/計數(shù)器 1 中斷，由 T1 計數(shù)器計滿回零引起。（5） T2 — 定時器/計數(shù)器 2 中斷，由 T2 計數(shù)器計滿回零引起。（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 個中斷源中，T2 是 52 單片機特有的，它們的默認的中斷級別如表 所示。表 AT89S52 單片機中斷級別中斷源 默認中斷級別 序號（C 語言用） 入口地址INT0外部中斷 0 最高 0 0003HT0定時器/計數(shù)器 0 中斷 第 2 1 000BHINT1外部中斷 1 第 3 2 0013HT1定時器/計數(shù)器 1 中斷 第 4 3 001BHTI/RI—串行口中斷 第 5 4 0023HT2定時器/計數(shù)器 2 中斷 最低 5 002BH每一個中斷源都對應一個中斷請求標志位，他們設置在特殊功能寄存器 TCON 和 SCON 中，當這些中斷源請求中斷時，相應的標志分別由 TCON 和 SCON 中的相應位來鎖存。對中斷源的開放或屏蔽是由中斷允許寄存器 IE 控制的。 單片機的定時/計數(shù)器AT89S52 單片機內部有三個 16 位的可編程的定時/計數(shù)器，即定時器 T0、定時器 T1 和定時器T2。它們既有定時功能，又有計數(shù)功能，均是二進制加法計數(shù)器，當計數(shù)器計滿回零時能自動產生溢出中斷請求，表示定時時間已到或計數(shù)己終止。三個定時器/ 計數(shù)器均可編程設定為定時模式和計數(shù)模式兩種，在這兩種模式下又均可設定四種工作方式，其控制和狀態(tài)均在相應的特殊功能寄存器中，通過對控制寄存器的編程，就可方便地選擇適當?shù)墓ぷ鞣绞?。定時模式下的定時時間和計數(shù)模式下的計數(shù)均可通過程序設定。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 8 位寄存器來設置定時 /計數(shù)器的操作模式和控制功能。由于本系統(tǒng)只用到定時器 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 的位定義定時器 T1 定時器 T0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0GATC/T M1 M0 GATC/T M1 M0由表 可知，TMOD 的高 4 位用于設置定時器 1，低四位用于設置定時器 0，對應 4 位的含義如下：GATE門控制位。GATE=0，定時器/計數(shù)器啟動與停止僅受 TCON 寄存器中 T