【導讀】濟損失是驚人的。目前我國許多糧食倉儲單位采用測溫儀器與人工抄錄、管理。糧倉溫濕度的實時監(jiān)控，是倉儲單位亟待解決的重要問題。在實際的生產(chǎn)過程中，溫濕度監(jiān)控問題是一個很復雜的問題。度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方法。該系統(tǒng)采用單片機自動檢測糧倉溫濕度信息，并通。了改進，使問題可以在一個可行的時間范圍內(nèi)得到解決。在仿真和模擬試驗。成糧倉內(nèi)溫濕度的采集，處理，顯示并做出判斷實現(xiàn)超限報警和無差控制，還通過CAN總線傳至上位機有關(guān)信息。上位機通過接收智能節(jié)點傳來的信。最后，對論文工作進行了總結(jié)，并說明了進一步開發(fā)和研究的方向。

　　

【正文】 0 0 周日 17 8Dh 8Ch 10年 年 0099 8Fh 8Eh WP 0 0 0 0 0 0 0 注 1： 秒寄存 器 （ 81h、 80h） 的 位 7 定義為時鐘暫停標 志 （ CH）。 當該位置為 1 時 ， 時鐘 振 蕩器停止 ， DS1302 處于低功耗狀態(tài)；當該位置為 0 時，時鐘開始運行。 注 2： 小時寄存 器 （ 85h、 84h） 的位 7（ TT） 用于定義 DS1302 是運行于 12 小時模式 還 是 24 小時模式 。 當為高 時 ， 選擇 12 小時模式 。 在 12 小時模式時 ， 位 5（ AP） 是 ， 當為 1 時 ， 表示 PM。在 24 小 時模式時 ， 位 5 是第二個 10 小時位。 注 3：控制寄存器（ 8Fh、 8Eh）的位 7 是寫保護位（ WP） ， 其它 7 位均置為 0。在任何 的 對時鐘和 RAM 的寫 操作之前， WP 位必須為 0。 當 WP 位為 1 時，寫保護位 防 止對任一寄存器的寫操作。 DS1302 控制字 DS1302 是 SPI 總線 驅(qū) 動方 式 ， 它不僅要向寄存器寫入控制字 ， 還需要讀取相應(yīng)寄存 器的數(shù)據(jù)。要想與 DS1302 通信，首先要先了解 DS1302 的控制字，控制字的具體信息 如表 所示。 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 1 RAM / CK A4 A3 A2 A1 A0 RD / WR 表 DS1302的控制字 位 7（最高有效位 ） ：必須是邏輯 1，如果它為 0，則禁止寫 DS1302。 位 6：如果為 0，則表示存取日歷時鐘 數(shù) 據(jù)，為 1 表示存取 RAM 數(shù)據(jù)。 位 5 至位 1（ A4～ A0）： 指示操作單元的地址 。 31 個字節(jié) RAM 的 地 址為 00000 到 11110。 位 0（最低有效位）：如為 0，表示要進行寫操作，為 1 表示進行讀操作。 DS1302 時序 進行單字節(jié)傳 送 時， 控 制字總是從最低位開 始 輸 出 ，在控制字指令 輸 入后的下一個 SCLK 脈沖的上升沿 ， 寫入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸入是從最低位（ 0 位）開始。同樣，在緊跟 8 位的控制字指令后的下一個 SCLK 脈沖的下 降 沿 ， 讀出數(shù)據(jù) ， 數(shù) 據(jù) 輸 出 也是從最低位到 最高位， DS1302 單字節(jié)讀寫時序分別 如 圖 和 所示。 圖 DS1302 單 字 節(jié) 讀 時序 圖 DS1302 單 字 節(jié) 寫 時序 系統(tǒng)中 ， 為了防止突然掉電導致數(shù)據(jù)丟失 ， 可以采用外部存儲器把那些要保護的數(shù) 據(jù)存儲起來。前面提到 DS1302 的 RAM 可以當作外部存儲器來用，但是由于數(shù)據(jù)采集 是實時進行的，那 么 相應(yīng)時間也是實時 記 錄的，考慮到系統(tǒng)工 作效率 ， 系統(tǒng)采用了 AT24C02A 芯片組成的掉電保護電路 ， 如 所示。由于 AT24C02A 的容量有限，可 以采用環(huán)形存儲 ， 即按存儲單元地址順序存入數(shù)據(jù) ， 當存滿時 ， 用 最 新的數(shù)據(jù)覆蓋在最 舊的數(shù)據(jù) ， 以次類推 。但是由于這些數(shù)據(jù)都已傳到上位機 ， 所以只需要用前四個字節(jié)就 可以了。 圖 AT24C02A 電路 原理圖 AT24C02A 是 Atmel 公司生產(chǎn)的 2K 位串行 CMOS EEPROM， 內(nèi)部含有 256 個 8 位 字節(jié)。采用 8 腳 DIP、 SOIC 或 TSSOP 封裝，其引腳描述如表 所示。 表 AT24C02A引腳描述 引腳 名稱 A0 A1 A2 GND SDA SCL WP VCC 功能 器件 地 址 選 擇 地 串行 數(shù) 據(jù) /地址 串行 時 鐘 寫保護 工作 電 壓 A0、 A A2 ： 這些輸入引腳用于多個器件級聯(lián)時設(shè)置器件地 址 ， 當被懸空時默認 值為 0， 使用時最大可級 聯(lián) 8 個器件 ， 如果只有一個器件被總線尋址 ， 這三個地址輸入腳 A0、 A A2 可懸空 或 連接 到 GND。 SCL：輸入引腳，提 供 器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的串行時鐘。 SDA：開漏輸出引腳 ， 雙向串行數(shù)據(jù) /地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收 。 WP： 當該引腳連接 到 VCC 時 ， 所有的內(nèi)容都被寫保護 ， 只能讀 ；當 WP 管腳連接到 GND 或懸空時，允許 器 件進行正常的讀 /寫操作。 GND 和 VCC：芯片電源引腳，提供電源，構(gòu)成回路，維持正常工作。 AT24C02A 通過 I2C 總線接口進行操作，時序圖如圖 ， I2C 總線協(xié)議定義如下： ① 只有在總線空閑時才允許啟動數(shù)據(jù)傳送。 ② 數(shù)據(jù)傳送過程中當時鐘線為高電平時數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)不允許有跳 變 （因 為在時鐘線保持高電平期間 ， 數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變 為 起始信號 ， 從低到高的跳變 為停止信號）。 圖 AT24C02A 總線 時序 單片機作為主器件通 過 發(fā)送一個起始信號啟 動 發(fā)送過程，接著發(fā)送 它 所要尋址的從 器件 AT24C02A 的地 址 ，其中 地 址 位 的組 成 如 表 所 示 ， 然后 AT24C02A 監(jiān)視 總 線并當 其地址與發(fā)送的從地址相符 時 ， 通過 SDA 線響應(yīng)一個應(yīng)答信號 。 如果器件已選擇了寫操 作 ， 則在每接收一 個 8 位字節(jié)之后響應(yīng)一個應(yīng)答信號 ， 即應(yīng)答的器件在 第 9 個時鐘周期時 將 SDA 線拉低。如果 器 件工作于讀模式時， 在 發(fā)送一 個 8 位數(shù)據(jù) 后釋 放 SDA 線并監(jiān)視一 個應(yīng)答信號 ， 一旦接收到應(yīng)答信號 ， 則繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù) ， 如主器件沒有發(fā)送應(yīng)答信號 ， 器 件停止傳送數(shù)據(jù)且等待一個停止信號。 表 AT24C02A地址位 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 1 0 1 0 A2 A1 A0 R/ W 8 位從器件地址的高 4 位固定為 1010， 接下來的 3 位為器件的地址 位 ，用來定義哪 個器件以及器件的哪個部分被主器件訪 問 ，從器件 8 位地址的最低位 R/ W ，作為讀寫 控制位 。 “ 1” 表示對從器件進行讀操 作 ， “ 0” 表示對從器件進行寫操 作 。 寫操作主要 有字節(jié)寫 、 頁寫 、 寫周 期 和寫保護四種 ； 讀操作也有三種不同的方式 ： 立即地址讀 、 選 擇讀和連續(xù)讀。 CAN 總線概述 CAN（ Controller Area Network， 控制器局 域 網(wǎng) ） 是一種有效支持分布式實時控制的 串行通信網(wǎng)絡(luò) 。 CAN 總線最早出現(xiàn)在 20 世紀 80 年代末的汽車工業(yè)中 ， 由德國 BOSCH 公司最先提出。如今 ， CAN 總線已經(jīng)成為國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 CAN 具有下列主要特 性 ： 多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進行總線訪問 ； 無破壞性的基于優(yōu)先權(quán) 的仲裁；借助接收濾波的多地址幀傳 送 ；全系統(tǒng)數(shù)據(jù)相容性；廢除了常用的地址編碼， 而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼；可靠的錯誤處理和檢錯機制，極強 的 錯誤檢測能力， 發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重發(fā) 送 ； 暫時錯誤和永久性故障節(jié) 點的判別以及故障節(jié)點的自動脫 離 ； 可以根據(jù)用戶的需要 ， 改變總線 上 分機的數(shù)量 ， 理 論上可連無數(shù)個分機 ； CAN 總線的接收數(shù) 據(jù) 長度最多為 8 個字 節(jié) ，因而不存在占用總 線時間過長的問題， 可 以保證通信的實時性。 CAN 總線用 “ 顯性 ” 和 “ 隱性 ” 兩 個 互補的邏輯數(shù)值表示 “ 0” 和“ l” 。在 “ 顯 性 ” 和 “ 隱性 ” 位同 時 發(fā)送期間 ， 總線的最后數(shù)值將 是 “ 顯性 ” （ 0 與 1=0）。 CAN 總 線收發(fā)器通過兩個物理引腳 CANH 和 CANL 與總線相連， CANH 只 能是高 電 平或懸浮 狀態(tài) ， CANL 只能是 低 電平或懸浮狀態(tài) 。 在隱性狀態(tài)下 ， 兩管腳都處于懸浮狀態(tài) ， 對應(yīng) 電平 VCANH 和 VCA NL 被固定于平均電壓電平附近，差分電壓 Vdiff 近 似為 零。顯性狀 態(tài) 以 Vdiff 大于最小 閾 值 的差分電壓表示。總線上的電平 如 圖 所 示 . 圖 CAN 總 線 上 電 平 位 的 表 示 CAN 總線是一種多主站總 線 ， 系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點都有權(quán)向其它節(jié)點發(fā)送信 息 ，通信介質(zhì) 可以是同軸電纜 ， 光 纖 甚至是雙絞線 ， 兩個任意節(jié)點之間的最大傳輸距離與位速率有 關(guān) ， 其關(guān)系如表 所示。 表 CAN 總線兩任 意 節(jié)點間最大距離與 位 速 率 的關(guān)系 位速 率 （ bps） 1M 500k 250k 125k 100k 50k 20k 10k 5k 最大 總 線 長 度（ m） 40 130 270 530 620 10k 正是基于 CAN 總線的上述優(yōu)點，目前 CAN 總線在眾多領(lǐng)域被廣泛采用， 其應(yīng)用 范圍不再局限于原先的汽車行業(yè) ， 而 向 航空航天 ， 航海 ， 火車等各類運輸行 業(yè) 、 消防管 理 ， 樓宇管理 ， 建筑管理等環(huán)境控制領(lǐng)域 、 紡織工業(yè) ， 過程工業(yè) ， 機械工業(yè)等工業(yè)控制 領(lǐng)域 ， 傳 感 器 ， 自 動化 儀表 ， 機 器人 技 術(shù) 等自 動化 領(lǐng) 域 發(fā) 展 ， CAN 總線 已 經(jīng) 形 成國 際 標準，并已被公認 為是幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。 考慮到 CAN 總線技術(shù)具有先進的多主 網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信距離遠 、 成 本 低 、可靠性高、 系統(tǒng)容量大 、 安裝方便 、 維護費用低 、 性價比高等優(yōu) 點 ， 用在庫區(qū)較大 、 倉庫分布較分 散的大型糧倉的溫濕 度 監(jiān)控系統(tǒng)是一種合理而新穎的嘗試。 CAN 控制器 MCP2515 MCP2515 是 Microchip 公司的一款獨立 CAN 控制器，完全支持 CAN 技術(shù) 規(guī)范 。 該 器 件能 發(fā) 送 和 接收 標 準 和 擴展 數(shù) 據(jù) 幀 以及 遠 程 幀 。MCP2515 自 帶 的 兩 個驗 收 屏蔽寄存器和六個 驗 收濾波寄存器可以 過 濾掉不想要的報 文 ， 因此減少了主單片 機 （ MCU） 的管理負 擔 。 MCP2515 與 MCU 的 連接是通過業(yè)界標準串行外設(shè)接 口 （ Searial Peripheral Interface， SPI）來實現(xiàn)的。 MCP2515 的操作簡單，使用方便，可以簡化需要 與 CAN 總線連接的應(yīng)用。 MCP2515 該器件主 要 由三個部分組成： ? CAN 模塊 ， 包括 CAN 協(xié)議引擎 、 驗收濾波寄存器 、 驗收屏蔽寄存器 、 發(fā)送 和接收緩沖器。 ? 用于配置該器件及其運行的控制邏輯和寄存器。 ? SPI 協(xié)議模塊。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 如 圖 所示。 東 北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 30 頁 圖 MCP2515 的 結(jié)構(gòu) 框圖 系統(tǒng)中 ， 單片機通過 SPI 接口控制 MCP2515， 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成特定格 式 （標 準和擴展數(shù)據(jù)幀或遠程幀 ） 發(fā)送到 CAN 總線上進而傳給上位機 ，同時從 CAN 總線上讀 取上位機發(fā)來的數(shù)據(jù) ， 通過設(shè)置驗收屏蔽寄存器和驗收濾波寄存器 ， 由選擇性地接收上 位機發(fā)給該智能節(jié)點的數(shù)據(jù)。使用時，只需要對 MCP2515 某些寄存器進行設(shè)置，光電 耦合和高速 CAN 收發(fā)器對用戶是透明的 ， 操作簡單 。 其中 SPI 接 口 引 腳 和 CAN 總