【導(dǎo)讀】介紹了一種基于CAN總線技術(shù)的冷庫溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。動(dòng)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分組成。上位機(jī)主要完成與PC機(jī)的通信功。同時(shí)，可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定溫。上位機(jī)與下位機(jī)均以AT89S52為核心，下位機(jī)使用LED進(jìn)行溫度顯示。選用DS18B20單總線數(shù)字溫度傳感器，測(cè)量精度可以達(dá)到℃。制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化。構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、應(yīng)用靈活、前景十分廣闊。Keywords：AT89S52；CANbus；DS18B20；PC；ColdStorageControl

　　

【正文】 數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將－ 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 溫度傳感器電路設(shè)計(jì) 傳感器采集到的溫度信號(hào)在極短的時(shí)間內(nèi)可能會(huì) 受到干擾信號(hào)的作用而出現(xiàn)誤差，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)和加熱器的誤動(dòng)作。因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采集多個(gè)點(diǎn)的實(shí)際溫度值，并計(jì)算其平均值，然后用平均溫度值去控制壓縮機(jī)和加熱器的啟動(dòng)和停止 。這一方面避免了干擾產(chǎn)生的誤差，另一方面，多點(diǎn)測(cè)量相對(duì)于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量更能 正確反映庫房的 實(shí)際 溫度。單片機(jī)通過循環(huán)檢測(cè)傳感器，來控制庫房的實(shí)際溫度。 如圖 。 DS18B20與單片機(jī)的接口電路非常簡(jiǎn)單。 DS18B20只有三個(gè)引腳， 在實(shí)際應(yīng)用中 ， 只要在數(shù)據(jù)線上加一個(gè)上拉電阻 I/O口上本次設(shè)計(jì)接在單片機(jī)的 ， 另外 2個(gè)腳分 別接電源和地 。 DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 1． 較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。 2． 在 DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過 8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總 線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 3． 連接 DS1820的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過 50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在?DS1820進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 4． 在 DS1820測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后 ，程序總要等待 DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè) DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS1820時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 1 2 3D S 1 8 B 2 0R 1 64 . 7 KP 1 01 2 3D S 1 8 B 2 01 2 3D S 1 8 B 2 0V C CV C C 圖 DS18B20與單片機(jī)連接圖 CAN 總線模塊的設(shè)計(jì) 一 CAN 總線器件簡(jiǎn)介 CAN 接口電路中使用了 CAN 收發(fā)器 PCA82C250、控制器 SJA1000 和快速光電隔離器 6N137，并采用了保護(hù)電路。分別介紹如下。 1． SJA1000 簡(jiǎn)介 SJA1000CAN 通信控制器是 Philips 公司 于 1997 年推出的一種獨(dú)立 CAN 總 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 線，它實(shí)現(xiàn)了 CAN 總線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。 SJA1000CAN 通信控制器由以下幾個(gè)部分構(gòu)成： （ 1） 接口管理邏輯 IML。處理來自主 CPU 的命令，控制 CAN 寄存器的尋址，并為主 CPU 提供中斷和狀態(tài)信息。 （ 2） 發(fā)送緩沖區(qū) TxB。它是 CPU 和位處理器 (BSP)之間的接口，有 13 位字節(jié)長(zhǎng)。能存儲(chǔ)一條可發(fā)送到 CAN 總線上的完整報(bào)文。報(bào)文由 CPU 寫入，由位流處理器 BSP 讀出。 （ 3） 接收緩沖區(qū) (RxB， 13 字節(jié) )。接收緩沖器是接收 FIFO 的一個(gè)可被 CPU訪問的窗口。在接收 FIFO 的支持下， CPU 可以在處理當(dāng)前信息的同時(shí)接收總線上的其他信息。 （ 4） 接收濾波器 ACF。接收濾波器把收到的報(bào)文標(biāo)識(shí)符和接收濾波寄存器的內(nèi)容進(jìn)行比較，以判斷該報(bào)文是否應(yīng)被接收。如果符合接收條件，則報(bào)文被存入接收緩沖寄存器。 （ 5） 位流處理器 BSP。位流處理器是一個(gè)序列發(fā)生器，它控制發(fā)送緩沖器，RxFIFO 和 CAN 總線之間的數(shù)據(jù)流，同時(shí)它也執(zhí)行錯(cuò)誤檢測(cè)、仲裁、位填充、和CAN 總線錯(cuò)誤處理功能。 （ 6） 位時(shí)序邏輯 BTL。 BTL 監(jiān)視串行 CAN 總線并處理與總線相關(guān)的位時(shí)序。它在報(bào)文開始發(fā)送，總線電平從隱性跳變到 顯性時(shí)同步于 CAN 總線上的位流 (硬同步 )，并在該報(bào)文的傳送過程中，每遇到一次從隱性到顯性的跳變沿就進(jìn)行一次重同步。 BTL 還提供可編程的時(shí)間段來補(bǔ)償傳播延遲時(shí)間和相位漂移，還能定義采樣點(diǎn)以及一個(gè)位時(shí)間內(nèi)的采樣次數(shù)。 （ 7） 錯(cuò)誤管理邏輯 EML。它按照 CAN 協(xié)議完成傳輸錯(cuò)誤界定。它接受來自BSP 的出錯(cuò)通知，并向 BSP 和 IML 提供出錯(cuò)統(tǒng)計(jì)。 SJA1000 為微控制器提供了一些地址，微控制器通過操作這些地址對(duì)應(yīng)的寄存器和存儲(chǔ)單元，即可控制SJA1000 的通信。 2． CAN 收發(fā)器 PCA82C250 PCA82C250 是 Philips 公司生產(chǎn)的 CAN 收發(fā)器，它是 CAN 控制器和物理總線間的接口，可以提高總線驅(qū)動(dòng)能力，增加通信抗干擾能力。 PCA82C250 提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì) CAN 控制器的差動(dòng)接收能力，其差分接收器共模抑制比寬，抗電磁干擾。它與 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)兼容，速度高達(dá) 1Mbps，抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾。它內(nèi)部有總線保護(hù)電路和限流電路，并具有電流待機(jī)工作方式和降低射頻干擾的斜率控制，采用 PCA82C250 可以最多連接 110 個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且未上電的節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無影響。它的引腳功能見表 。 PCA82C250 的引腳 8 允 許選擇三種不同的工作方式 ： 高速、待機(jī)、斜率控制。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 通常把管腳 8 接地選擇就可以選擇高速模式，這時(shí)發(fā)送器輸出級(jí)晶體管將以盡可能快的速度打開、關(guān)閉。在這種模式下，不采取任何措施用于限制上升斜率和下降斜率。信號(hào)在傳輸線上遠(yuǎn)距離傳送時(shí)，如果遇到阻抗不連續(xù)的情況時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象使信號(hào) 扭曲，通常在傳輸線的兩個(gè)末端接上匹配電阻的方法來消除反射。屏蔽雙絞線的特性阻抗一般為 102Ω～ 120Ω，因此匹配電阻可以為 120Ω。 表 PCA82C250 引腳功能 符號(hào) 管腳 功能 TXD 1 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端 GND 2 地 Vcc 3 電源 RXD 4 接收數(shù)據(jù)輸出端 Vref 5 基準(zhǔn)電壓輸出端 CANH 6 低電平 CAN 電壓輸入 /輸出端 CANL 7 高電平 CAN 電壓輸入 /輸出端 Rs 8 斜率電阻輸入端 3． 快速光電隔離器 6N137 單通道的光電耦合器 6N137 是由 850nm的 AIGaAs 光電發(fā)射管連接一個(gè)帶輸出鎖存控制的集成高速光電檢測(cè)邏輯門組成的。輸出特性是開集電極，這樣可以連接到 “ 或 ” 輸出。溫度范圍在 － 40℃ 到 +80℃ 時(shí)可以保證連接參數(shù)不超出范圍，5mA 的最小輸入信號(hào)可以提供最小的輸出 13mA 灌電流 。內(nèi)部的噪聲保護(hù)可以提供典型值為 10kv/us 出眾的共模抑制比 。 6N137 支持 10Mbps 的高速率轉(zhuǎn)換 。 6N137主要應(yīng)用于消除接地環(huán)路 ； LSTTL 轉(zhuǎn)換為 TTL或 LSTTL 或 5vCMOS； 線性接收，數(shù)據(jù)發(fā)送 ； 多路數(shù)據(jù)輸入 ； 開關(guān)電源的供給 ； PC 機(jī)外設(shè)接口等應(yīng)用場(chǎng)合。信號(hào)隔離的目的是將兩股需要與對(duì)方通信的電流隔離，可透過光電耦合器將電子信號(hào)轉(zhuǎn)換成光，到了另一端再將光轉(zhuǎn)換回電子信號(hào)，用此方法就可以將兩股電流完全隔離，這樣當(dāng)通信電路部分受到干擾電壓沖擊時(shí)就不會(huì)影響單片機(jī)的工作。為了實(shí)現(xiàn)裝置與裝置之間、裝置與上位機(jī)、 裝置與外界的通信， CAN 總線接口必不可少。有了 CAN 總線接口，本系統(tǒng)就可以具有很好的擴(kuò)展性。其他設(shè)備只要具有 CAN總線接口，便可接入到本系統(tǒng)，為系統(tǒng)的升級(jí)換代提供了技術(shù)與資金上的便利。 二 CAN 總線通信電路設(shè)計(jì) 本 課題 所設(shè)計(jì)的 CAN 總線接口電路，采用 AT89S52 作為節(jié)點(diǎn)的微處理器 ， 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 和 SJA1000 通信控制器、 PCA82C250 總線收發(fā)器以及 2 片高速光耦 6N137 一起就能構(gòu)成 CAN 總線接口電路。 在 CAN 總線通信接口中，采用 PHILIPS 公司的SJA1000 和 PCA82C250 芯片。 SJA1000 是獨(dú)立 CAN 通信控制器， 82C250 為高性能 CAN 總線收發(fā)器。 SJA1000 集成了 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可進(jìn) 行通信數(shù)據(jù)的幀處理。 PCA82C250 是 CAN 協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，對(duì) CAN 控制器提供差動(dòng)接收能力；增加通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾，實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在 CAN 控制器 SJA1000 和 CAN 控制器接口 PCA82C250之間加接 6N137 光電隔離芯片，并采用 DCDC 變換器隔離電源。通信信號(hào)傳輸?shù)綄?dǎo)線的端點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā) 生反射，反射信號(hào)會(huì)干擾正常信號(hào)的傳輸。 圖 CAN總線通信電路 CAN 總線通信電路圖如上圖所示。 從圖中可以看出，電路主要由四部分構(gòu)成： 微控制器 AT89S5獨(dú)立 CAN 通信控制器 SJAl000、 CAN 總線收發(fā)器 PCA82C250和高速光電耦合器 6N137。 82C250 是 CAN 控制器與物理總線之間的接口，它對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，對(duì) CAN 控制器提供差動(dòng)接收能力。圖中 CANH 和 CANL引腳各自通過一個(gè) 50Ω 的電阻與 CAN 總線相連，以保護(hù) 82C250 免受過流沖擊，CANH 和 CANL 與地之間并聯(lián)了兩個(gè) 30pF 的小電容可以起到濾除總線上高頻干擾的作用，另外在兩根 CAN 總線接入端與地之間分別接入一個(gè)防雷擊管，防止兩端輸入與地之間瞬變干擾。為了增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)抗干擾能力， SJA1000 的 TX0 和 RX0并不是直接與 82C250的 TXD和 RXD相連，而是通過高速光耦 6N137后與 82C250相連。光耦部分接口電路所采用的兩個(gè)電源 Vcc 和 Vdd 完全電氣隔離。可以采用同軸電纜，雙絞線以及光纖作為總線，本設(shè)計(jì)中采用雙絞線作為總線。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 J a n 2 0 0 5 S h e e t of F i l e : C : \ P r o g r a m F i l e s \ D e s i g n E x p l o r e r 9 9 S E \ E x a m p l e s \ B A C K U P ~ 1 2 . D D BD r a w n B y :RDWRA L EI N TAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7/ C S/ R D/ W RA L E/ I N TR S T X T A L 2X T A L 1T X 0T X 1R X 0R X 1C L O C KM O D EVDD1VDD2VDD3V S S 1V S S 2V S S 3S J A 1 0 0 0U223242526272812453616171314192071122181282115910NCVDDINNCV C CENOUTGND6 N 1 3 7U312348765R3390R4390R5 6 .2 KNCVDDINNCV C CENOUTGND6 N 1 3 7U412348765+ 5 VC422pfC522pfY2 1 6 M H zR64 .7 KT X DGNDV C CR X DRSC A N HC A N LV R E F8 2 C 2 5 0U512345678R7390R8390+ 5 VR947KR 1 050R 1 1 50C630pfC730pfD1 D2C A N H C A N LC82 2 P FR 1 21KV C C 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 控制電路的設(shè)計(jì) 控制電路部分主要是通過光電耦合器和繼電器來實(shí)現(xiàn)的。 繼電器是用低電壓控制高電壓的 器 件，它分為線圈、鐵芯、銜鐵、觸點(diǎn)，觸點(diǎn)有常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)之分。 工作過程是：線圈得電時(shí)，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開；線圈失電時(shí)，常開