【導(dǎo)讀】度監(jiān)控，以確保儲(chǔ)糧的安全。主控監(jiān)控兩模塊的微處理器都采用AT89S52. 為了實(shí)現(xiàn)主控模塊對(duì)監(jiān)控模塊的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在主控端和監(jiān)控端處都設(shè)計(jì)有CAN. 通信電路，由控制器SJA1000和收發(fā)器82C250組成CAN通信接口。監(jiān)控端的溫度傳感器采用數(shù)字傳感器DS18B20，系統(tǒng)設(shè)置溫度傳感器的闡值。本文給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和軟硬件設(shè)計(jì)方案，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度測(cè)量、越限報(bào)警等功能。該系統(tǒng)具有可靠性好、通信速率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。本系統(tǒng)還適用于在糧倉(cāng)、北。方暖氣和熱水供應(yīng)中心、大面積水泥鋪建等多種場(chǎng)合。

　　

【正文】 DSB1820， 因此可以非常容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量。輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。 采用溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢(shì)。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì) 。 DS18B20 是美國(guó) DALLAS 公司生產(chǎn)的一款溫度傳感器，其具有耐磨耐碰，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 [17]。 特點(diǎn) ：獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感應(yīng)用，無(wú)需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 V至 V，無(wú)需備用電源，測(cè)量溫度范圍為 55 176。C 至 +125℃ 。華氏相當(dāng)于是 67176。F 到 257 華氏度 10176。C 至 +85176。C 范圍內(nèi)精度為 177。176。C。 DS18B20 的主要特性 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)： DS18B20 的外形及管腳排列如下圖 。 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 共 52 頁(yè) 圖 DS18B20管腳和結(jié)構(gòu)圖 ① 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電 ② 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 ③ DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫 ④ DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) ⑤ 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時(shí)精度為 177。 ℃ ⑥ 可編程 的分辨率為 9～ 12 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫 ⑦ 在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 ⑧ 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 一 線總線 串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 ⑨ 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 DS18B20 工作原理 DS18B20的讀寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與 DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s 減為 750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖 所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào) 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 共 52 頁(yè) 送給計(jì)數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩 率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器 2的脈沖輸入。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。計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù) 。 圖 DS18B20測(cè)溫原理框圖 當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1重 新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2計(jì)數(shù)到 0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測(cè)溫度 [18]。圖 用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值。 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 低溫度系數(shù)晶振 高溫度系數(shù)晶振 預(yù)置 斜率累加器 比較 計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)器 2 =0 =0 溫度計(jì)存器 預(yù)置 LSB 置位 /清除 停止 加 1 64 位ROM和 單 線 接 口 儲(chǔ)存器和控制器 溫度靈敏元件 低溫觸發(fā)器 TL 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 高速緩存 存儲(chǔ)器 8 位 CRC 生成器 電源監(jiān)測(cè) 內(nèi) 部 DDV I/O DDV 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 共 52 頁(yè) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由 四部分組成 ： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL 配置寄存器。該裝置信號(hào)線高的時(shí)候，內(nèi)部電容器，儲(chǔ)存能量通由 1 線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個(gè)高電平的到來(lái)重新充電。 DS18B20 的電源也可以從外部 。 在多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是將模擬信號(hào) 遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測(cè)溫精度，就必須采用措施解決由長(zhǎng)線傳輸，多點(diǎn)測(cè)量切換及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問(wèn)題。采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度， 輸出信號(hào)全數(shù)字化 。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。在 0100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 攝氏度。 DS18B20 的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸 ，由數(shù)字溫度計(jì) DS1820 和微控制器構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置 ， 它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào) ， 可直接與計(jì)算機(jī)連接。 這樣 ， 測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單 ， 體積也不大 ， 且由于微控制器可以帶多個(gè) DSB1820， 因此可以非常容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量 。 輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。采用溫度芯片DS18B20 測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢(shì) [19]。本 設(shè)計(jì) 應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。 顯示器的選擇 由于發(fā)光二極管顯示器 LED（ Light Emitting Diode）多為 8 段或米字段，只能輸出有限的英文字符，對(duì)于儀器的使用者來(lái)說(shuō)很不方便，所以我們?cè)诙帱c(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)上使用了液晶顯示器 (LCD)。液晶顯示器具有體積小、外形薄、重量輕、耗能小、工作電壓低、無(wú)輻射，特別是視域?qū)?、顯示信息量大等優(yōu)點(diǎn)。液晶顯示器已被廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表、電子顯示裝置等場(chǎng)合，成為測(cè)量結(jié)果顯示和人機(jī)對(duì)話(huà)的重要工具。液晶顯示器按功能分為段位式 LCD、字符式 LCD 和點(diǎn)陣式 LCD，前兩者只能顯示有限字符，而點(diǎn)陣式 LCD 不僅能顯示字符，還可以顯示漢字及各種圖形，并且可實(shí)現(xiàn)屏幕的上下左右滾動(dòng)顯示，反轉(zhuǎn)顯 示以及顯示閃爍等功能，用途十分廣泛。 本系統(tǒng)的顯示屏采用 FM12232B 液晶模塊，實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。該類(lèi)液晶模塊采用的驅(qū)動(dòng)控制器都是 SED152O 或其兼容型驅(qū)動(dòng)控制器。 SED1520 液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器集行列驅(qū)動(dòng)器和控制器于一體，被廣泛應(yīng)用于小規(guī)模液晶顯示模塊。 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 共 52 頁(yè) 12232 是一種內(nèi)置 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)漢字庫(kù)和 128 個(gè) 168 點(diǎn) ASCII 字符集圖形點(diǎn)陣液晶顯示器 ， 它主要由行驅(qū)動(dòng)器 / 列驅(qū)動(dòng)器及 12832 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示 ， 也可以顯示 2 個(gè) (16 16 點(diǎn)陣 )漢字 。 與外部 CPU 接口采用并行或串行方式控制。 其特性如下： ①內(nèi)置 2560 位顯示 RAM 區(qū)。 RAM 中的 1 位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個(gè)像素的亮暗，狀態(tài) 1 表示亮， 0 表示暗。 ②具有 16 個(gè)行驅(qū)動(dòng)輸出和 61 個(gè)列驅(qū)動(dòng)輸出。 ③可直接與 80 系列微處理器相連，也可直接與 68 系列微處理器相連。 ④驅(qū)動(dòng)占空比為 1/16 或 1/32。 ⑤可以與 SED1520 級(jí)聯(lián)使用，以便擴(kuò)展行列驅(qū)動(dòng)能力。 顯示屏的顯示特性和機(jī)械特性如下所示： （ 1）顯示特性： ① STN 正視反射模式 ②顯示顏色：綠底藍(lán)字 ③顯示角度： 6 點(diǎn)鐘直視 ④驅(qū)動(dòng)方式： 1/32 Duty， 1/6Bias （ 2）機(jī)械特性： ①外觀尺寸： 84 44(mm) ②電陣： 122 32 點(diǎn) ③點(diǎn)尺寸： (W) (H)(mm) ④點(diǎn)間距： (W) (H)(mm) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成 本系統(tǒng)由兩部分組成：主控模塊和監(jiān)控模塊， 從圖 可以看出，主控模塊功能模塊由微控制器、 CAN 通信電路以及時(shí)鐘電路、 EEPROM 電路、串口電路、液晶顯示屏等外圍電路組成。 監(jiān)控模塊的功能模塊由微控制器、 CAN 通信電路、傳感器及外圍電路組成。各模塊具體的硬件電路設(shè)計(jì)在下列小節(jié)做出詳細(xì)的闡述。 系統(tǒng)采用針 對(duì)傳統(tǒng)溫度測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫點(diǎn)少，系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性較差的特點(diǎn)，運(yùn)用分布式通訊的思想。設(shè)計(jì)一種可以用于大規(guī)模多點(diǎn)溫度的檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)的 監(jiān)控模塊與主控模塊之間采用 CAN 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 輸。下位機(jī)連接到現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化傳感器上， 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 52 頁(yè) 對(duì)測(cè)量點(diǎn)的溫度進(jìn)行采集，并且把采集到的溫度值傳輸?shù)?CAN 總線上，構(gòu)成 CAN 總線的智能節(jié)點(diǎn)。下位機(jī)與上位機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)通過(guò) CAN 總線控制器。單片機(jī)采集到的溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)通信轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)在上位機(jī)上顯示， CAN 總線系統(tǒng)很容易擴(kuò)展成針對(duì)多對(duì)象的溫度監(jiān)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)較大系統(tǒng)的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 實(shí)際采用電路方案如上圖 所示。 圖 溫度檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 時(shí)鐘電路 液晶顯示器 串口電路 CAN 總線 控制器 SJA1000 CAN 總線 收發(fā)器 82C250 EEPROM 電路 報(bào)警電 路 CAN 總線 控制器 SJA1000 CAN 總線 收發(fā)器 82C250 單片機(jī) AT89S52 溫度傳感器 DS18B20 單片機(jī) AT89S52 監(jiān) 控 模 塊 主 控 模 塊 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 共 52 頁(yè) 4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)重點(diǎn)闡述了主控模塊和監(jiān)控模塊的硬件設(shè)計(jì)。在各節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能電路以完成各部分的實(shí)際功能，主要包括各模塊微控制器電路、電源電路、 CAN 控制器接口電路以及其他功能電路的設(shè)計(jì)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 從圖 可以看出，在通信模塊中的單片機(jī)及其外圍電路中主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、CAN 通信電路、串口電路等外圍電路組成。各模塊 具體的硬件電路設(shè)計(jì)在下列小節(jié)做出詳細(xì)的闡述。 本系統(tǒng)采用 AT89S52 芯片作為微控制器。圖 為微控制器最小系統(tǒng)電路圖。 ALEINTO_SWR_SRD_SRXDTXDP26P27P25373635343332EA31ALE30PSEN2928272625242338223921VCC4012346578RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND20U8AT89S52C1510u12Y412MHzR1410KC1330pC1230pS1SWPBD0D1D2D3D4D5D6D7ALE+5V+5V+5VR12R20SCLSDA/RD 87/WR 8732 D132 RWRSTspeakerkey1key2key3key4 圖 微控制器最小系統(tǒng) AT89S52 所用晶振可在 4MHz~24MHZ 之間，此處用典型的 12MHz 晶振。兩旁的電容可用 30177。10pF，電容 C12 和 C13 可以幫助起振，此處使用典型的 30pF，調(diào)節(jié)他們 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 共 52 頁(yè) 可以達(dá)到微調(diào)時(shí)鐘頻率的目的。對(duì)主控模塊和檢測(cè)模塊的微控制器的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，復(fù)位十分重要，這直接決定其是否正常工作。本系統(tǒng)復(fù)位原理圖如上圖 所示。在復(fù)位電路中，系統(tǒng)具有上電與手動(dòng)兩種方 式，手動(dòng)或上電復(fù)位的工作過(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)電容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著 Vcc 對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位， RST 端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。