【文章內(nèi)容簡介】 不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。 (3) 嚴(yán)格的錯(cuò)誤檢測(cè)和界定。 CAN 通信協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層的 MAC（介質(zhì)訪問控制層）子層具有嚴(yán)格的錯(cuò)誤檢測(cè)功能，包括監(jiān)測(cè)、填充規(guī)則校驗(yàn)、幀校驗(yàn)、 15 位循環(huán)冗余碼校驗(yàn)和應(yīng)答校驗(yàn)。 CAN 的節(jié)點(diǎn)有能力識(shí)別永久性故障和暫時(shí)擾動(dòng)，對(duì)錯(cuò)誤做出界定，對(duì)己損報(bào)文進(jìn)行標(biāo)注，并自動(dòng)最新發(fā)送，當(dāng)故障計(jì)數(shù)大于 255 時(shí)，節(jié)點(diǎn)被 “脫離總線 ”，脫離總線狀態(tài)不允許對(duì)總線有任何影響。 (4) 直接通訊距離最大可達(dá) l0km，最高通訊速率可達(dá) 1Mbps，節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá) 110 個(gè)，通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光導(dǎo)纖維。 (5) 可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 (6) 全系統(tǒng)數(shù)據(jù)兼容，系統(tǒng)靈活。在 CAN 系統(tǒng)中，一個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息， 節(jié)點(diǎn)可在不要求所有節(jié)點(diǎn)及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖蛴布那闆r下接到 CAN 網(wǎng)絡(luò)中。在 CAN 網(wǎng)絡(luò)中，可以確保報(bào)文同時(shí)被所有節(jié)點(diǎn)或沒有節(jié)點(diǎn)接收。 (7) CAN 總線的實(shí)時(shí)性好。 CAN 協(xié)議規(guī)定以信息幀的方式按優(yōu)先級(jí)的高低來傳送信息，因此， CAN 總線的實(shí)時(shí)性好：一是信息幀短，不會(huì)因?yàn)檫B續(xù)長時(shí)間發(fā)送而影響其它節(jié)點(diǎn)訪問總線；二是采用優(yōu)先級(jí)仲裁，發(fā)生總線訪問沖突時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的信息幀仍可繼續(xù)發(fā)送，不像以太網(wǎng)那樣，沖突的各節(jié)點(diǎn)均停下來，重新發(fā)送。 (8) CAN 總線測(cè)試系統(tǒng)成本低。 CAN 總線可采用雙絞線作為信號(hào)傳輸線，同時(shí)其對(duì)環(huán)境的要求不高，因此設(shè)計(jì)成本相對(duì)比較低。 CAN 總線的應(yīng)用與發(fā)展 CAN 總線最先由 Bosch 公司提出，起初應(yīng)用在汽車業(yè)， 如今已廣泛的應(yīng)用在：自動(dòng)控制、航空 、 航天 、航海、過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè) 、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療畢業(yè)論文 9 器械及傳感器等領(lǐng)域， 作為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線， CAN 已 經(jīng)成為全球范圍內(nèi)最重要的總線之一， 在 1999 年，接近 6 千萬個(gè) CAN 控制器投入應(yīng)用。 CAN 具有廣闊的發(fā)展前景，隨著 CAN 總 線在汽車工業(yè)的廣泛應(yīng)用，大量潛在的新應(yīng)用（例如娛樂）也隨之出現(xiàn)， 同時(shí)，結(jié)合高層協(xié)議應(yīng)用的特殊保安系統(tǒng)對(duì) CAN 的需求也正在穩(wěn)健增長， 德國專業(yè)委員會(huì) BIA 和德國安全標(biāo)準(zhǔn)權(quán)威 TUV 己經(jīng)對(duì)一些基于 CAN 的保安系統(tǒng)進(jìn)行了認(rèn)證。 CAN OpenSafety 是第一個(gè)獲得 BIA 許 可的 CAN 解決方案， DeviceNetSafety 也會(huì)馬上跟進(jìn)， 全球分級(jí)協(xié)會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)者之一， Gennanischer Lloyd 正在準(zhǔn)備提議將 CAN open 固件應(yīng)用于海事運(yùn)輸 [19]。 畢業(yè)論文 10 第三章 系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng) 主要由一個(gè)主監(jiān)視器和多個(gè)溫度采集點(diǎn)組成， 使用了多個(gè)電路模塊的硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)溫度采集的功能，主要完成數(shù)據(jù)采集及傳輸，數(shù)據(jù)的顯示，電源供電等功能 [18]。 溫室采集系統(tǒng)功能要求 本系統(tǒng)要求在溫室內(nèi)完成多點(diǎn) 的信號(hào)采集 ， 所采集的信號(hào)是從傳感器輸出的信號(hào)。 系統(tǒng)主要要求如下： (1) 能夠在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各溫度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)； (2) 主機(jī) 能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行保存，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理； (3) 能夠?qū)我?點(diǎn) 連續(xù)采集，也能夠?qū)Χ鄠€(gè) 點(diǎn) 同時(shí)采集； (4) 具有較高的測(cè)量精度； (5) 能夠與主機(jī) 進(jìn)行通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞； (6) 具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口，能通過現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的高速傳遞； (7) 方便易用，有較高的性價(jià)比。 硬件設(shè)計(jì)任務(wù) 本章硬件設(shè) 計(jì)主要為完成系統(tǒng)硬件的搭建，以滿足系統(tǒng)任務(wù)要求， 在此多點(diǎn)溫度采集 系統(tǒng)中，所設(shè)計(jì)的主 要任務(wù)為實(shí)現(xiàn) CAN 通信，以接收通過 CAN 總線傳送過來的信號(hào)，實(shí)時(shí)獲取 現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)， 同時(shí)，需要保障系 統(tǒng)的可靠性和安全性， 需完成數(shù)據(jù)采集處理，數(shù)據(jù)傳輸以及液晶顯示 等 功能。 硬件設(shè)計(jì)的原則 [20]： (1) 經(jīng)濟(jì)合理 在滿足性能指標(biāo)的前提下盡可能降低價(jià)格，獲得更高性價(jià)比的產(chǎn)品。 (2) 安全可靠 選購的硬件要考慮環(huán)境溫度、濕度、壓力、振動(dòng)、粉塵等要求，以保證在規(guī)定的工作環(huán)境下系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠。要有超量程和過載保護(hù)，保證輸入、輸出通道正常工作。要注意對(duì)交流電以及電火花的隔離，同時(shí)保證連接件的可靠接觸。 畢業(yè)論文 11 軟硬件功能分配 硬件需要實(shí)現(xiàn)的功能如下： (1) 現(xiàn)場(chǎng)端信號(hào)的采集、 A/D 轉(zhuǎn)換、 CAN 總線信號(hào)的發(fā)送和接收等。 (2) 總線上數(shù)據(jù)的傳輸。 (3) 電源的持續(xù)供電。 (4) 主機(jī)的數(shù)據(jù)顯示。 軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能如下： (1) 完成通信程序的設(shè)計(jì)，總線協(xié)議設(shè)計(jì)。 (2) 完成液晶顯示 程序的設(shè)計(jì)。 (3) 完成數(shù)據(jù)的采集、處理 及 存儲(chǔ)。 硬件 設(shè)計(jì)的 模塊選擇 硬件模塊主要為 PIC18F4580 單片機(jī)，電源模塊，傳感器和放大電路， CAN 收發(fā)器，晶振電路，復(fù)位電路，液晶顯示模塊。 （ 1） PIC18F4580 單片機(jī)及其引腳 [21] 圖 PIC18F4580 單片機(jī)引腳 PIC18F4580 單片機(jī)概述： 引腳 如圖 所示。 主要引腳 ：電源和接地引腳 ，震蕩器晶體引腳， 時(shí)鐘復(fù)位引腳 ， I/O 輸入輸出引腳 ， A/D畢業(yè)論文 12 通道 引腳 。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn) （ 1） 高性能 RISC CPU 高達(dá) 2MB 的程序存儲(chǔ)器 。 高達(dá) 4KB 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 高達(dá) 10MIPS 的執(zhí)行速度。 DC~40MHZ 時(shí)鐘輸入。 16 位寬指令， 8 位寬數(shù)據(jù)通道。 帶優(yōu)先級(jí)的中斷。 （ 2）外圍功能 模塊特性 最大拉電流 /灌電流可達(dá) 25mA。 3 個(gè)外部中斷引腳。 TMR0：帶有 8 位可編程前 分頻器的 8 位 或 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 TMR1： 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 。 TMR2：帶有 8 位周期寄存器 的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 。 TMR3： 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 （ 3） CAN 總線模塊特性 符合國際標(biāo)準(zhǔn) ISO CAN。 高達(dá) 1Mbps 的通信速率。 3 個(gè)帶優(yōu)先級(jí)的信息發(fā)送緩沖器。 6 個(gè)全 29 位接收過濾器。 優(yōu)越的錯(cuò)誤處理特性。 （ 4）特殊的單片機(jī)特性 上電復(fù)位 電路 （ POR）， 上電 延時(shí) 定時(shí)器（ PWRT）和振蕩起振 定時(shí)器（ OST） 。 帶有片內(nèi) RC 振 蕩器的監(jiān)視定時(shí)器（ WDT）。 休眠（ SLEEP）省電方式。 通過 2 個(gè)引腳可進(jìn)行 在線串行編程（ ICSP）。 （ 2） 晶振電路 畢業(yè)論文 13 圖 晶振電路 PIC18F4580 的 XTAL1 腳為片內(nèi)振蕩電路的輸入端， XTAL2 腳為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。本文采用低功耗晶體振蕩器方式（ LP 方式）， 晶振頻率為 20MHZ， 因此在 30 腳和 31 腳外接晶振 和振蕩電容，振蕩電容的值一般取 15pF,如圖 所示。 （ 3） 復(fù)位電路 圖 復(fù)位電路 當(dāng)芯片供電電源電壓 VDD上升到一定值時(shí)，即產(chǎn)生一個(gè)上電復(fù)位（ POR）脈沖。 為了利用 POR 電路特性，可以直接 把 Vpp 引腳與電源 VDD相連。這樣可以節(jié)省通常用于建立上電復(fù)位延時(shí)所需要的外部 RC 元件。 VDD 的最小上升率必須滿足要求 。圖中 R1 為 10k? ， R2為 33? ，供電電源為 5V，如圖 所示。 （ 4） 電源 電路 畢業(yè)論文 14 圖 電源電路 由于該系統(tǒng)使用的 PIC18F4580 芯片的工作電壓為 5V的直流電，所以需要接一個(gè)電源電路，輸入為 220V 的交流電，經(jīng)過變壓器 降壓 和整流橋 整流 ，將交流電變?yōu)橹绷麟姡?使用 7805三端穩(wěn)壓器和電容組成穩(wěn)壓電路，其中 C1 用于抵消輸入線較長時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩，電容 C2 和 C3 用于消除輸出電壓中的高頻噪聲， 電路如圖 所示 。 （ 5） 傳感器 電橋 和放大電路 圖 傳感器電橋和放大電路 本系統(tǒng)的多點(diǎn)溫度采集使用鉑電阻 Pt100，采用三線制的電橋電路， R1， R2， R3 均為100? ， 可以較好的消除引線電阻的影響，提高測(cè)量精度。 由于溫室現(xiàn)場(chǎng)采集的溫度范圍大約為： 0oC～ 100oC，因此鉑電阻的 范圍 為 100? ~? ， 則 電橋電路輸出的電壓范圍為0mV~400mV,由于 A/D 轉(zhuǎn)換模塊采用 LM324 組成差動(dòng)放大電路 對(duì)電橋輸出電壓進(jìn)行放大 ， 所以 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的輸入電壓范圍為 0～ 5V，因此放大倍數(shù)大約為 10 倍， 如圖 所示 。 （ 6） CAN 收發(fā)器 連接電路 畢業(yè)論文 15 圖 CTM8251 收發(fā)器連接電路 PIC18F4580芯片中雖然內(nèi)嵌 CAN控制器 ,但是必須與 CAN 收發(fā)器連接才能具備收發(fā)功能 ,在以往的設(shè)計(jì)中 CAN 收發(fā)器之間通常需要加 入 DC —DC電源隔離模塊和高速光電耦合器組成的隔離電路 , 以確保在 CAN 總線遭受嚴(yán)重的干擾時(shí)控制器能夠正常工作，然而考慮到復(fù)雜度、系統(tǒng)集成等因素 ,本設(shè)計(jì)中利用 CTM8251接口芯片來實(shí)現(xiàn)帶隔離的 CAN 收發(fā)電路 ，CTM8251是一款帶隔離的通用 CAN收發(fā)器芯片，該芯片內(nèi)部集成了所有必需的 CAN隔離及CAN收發(fā)器件，這些都被集成在不到 3平方厘米的芯片上，芯片的主要功能是將 CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為 CAN總線的差分電平并且具有 DC 2500V的隔離功能， 如圖 。 （ 7）液晶顯示電路 [21] 圖 液晶顯示電路 如圖 所示為該液晶顯示模塊與 PIC18F4580 的接口電路。該顯示電路采用單片機(jī)的通用 I/O 口對(duì)液晶的控制信號(hào)直接進(jìn)行控制，同時(shí)將單片機(jī)的 D 口作為其數(shù)據(jù)總線。液晶的第五腳用于液晶顯示對(duì)比度的調(diào)節(jié)，它需要通過一個(gè) 10K 的可變電阻接到 12V 的電源上。 該液晶顯示模塊是使用 KB0108 及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器作為列驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)使用 KS0107B畢業(yè)論文 16 及其兼容驅(qū)動(dòng)器作為行驅(qū)動(dòng)器的液晶 模塊。由于 KS0107B 不與 MPU 發(fā)生聯(lián)系，故只要提供電源就能產(chǎn)生行驅(qū)動(dòng)信號(hào)和各種同步信號(hào)。 MCG12864A83 共有兩片 KS0108B 或兼容控制驅(qū)動(dòng)器和一片 HD61203 或兼容驅(qū)動(dòng)器。 MCG12864A83 模塊共有 20 個(gè)引腳，其定義如下表： 序號(hào) 符號(hào) 狀態(tài) 功能說明 1 CSA 輸入 片選 1 2 CSB 輸入 片選 2 3 VSS 數(shù)字地 4 VDD 邏輯電源 +5V 5 V0 對(duì)比度調(diào)節(jié) 6 D/I 輸入 指令 /數(shù)據(jù)通道 7 R/W 輸入 讀 /寫選擇 8 E 輸入 使能信號(hào)，數(shù)據(jù)在下降沿時(shí)被寫入LCM；在高電平時(shí)被讀出 LCM 9～ 16 DB0～ DB7 三態(tài) 數(shù)據(jù)線 17 LED+ LED 背光正電源端 18 LED LED 接地端 19 LED LED 接地端 20 LED+ LED 背光正電源端 總結(jié) 綜上所述，將傳感器采集到的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)過電橋和放大電路后送入 A/D 轉(zhuǎn)換模塊， A/D 轉(zhuǎn)換模塊完成 A/D 轉(zhuǎn)換，從站的 PIC18F4580 單片機(jī)將采集的信號(hào)通過 CTM8251 收發(fā)器發(fā)送至 CAN 總線，然后主站的 PIC18F4580 單片機(jī)通過 CTM8251 收發(fā)器接收信號(hào)，在液晶顯示模塊顯示。 采用電橋電路和 LM324 放大電路 對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集和處理，使用內(nèi)含 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的 PIC18F4580 單片機(jī) 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，通過 CTM8251 收發(fā)器對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收和發(fā)送，最后通過 MCG12864A83 液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。 畢業(yè)論文 17 第四章 軟件設(shè)計(jì) 主程序 監(jiān)視器主程序 該程序主要完成對(duì)遠(yuǎn)程采集的多點(diǎn)溫度信號(hào)，通過 CTM8251 收發(fā)器的接收，在主機(jī)端使用 MCG12864A83 液晶顯示模塊的顯示，初始化 A/D,I/O 等，流程圖如 圖 所示。 按 鍵 子 程 序C A N 總 線 接 收初 始 化開 始顯 示 圖 監(jiān)視 器流程圖 采集系統(tǒng)主程序 該 程序主要完成對(duì)信號(hào)的采集、 處理 和發(fā)送 ，初始化 A/D,I/O 等，流程圖如圖 所示。 C A N 收 發(fā) 器 發(fā) 送數(shù) 據(jù) 處