【正文】 當(dāng)上電。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)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給 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)電容的充電過程而逐漸回落。對(duì)主控模塊和檢測模塊的微控制器的設(shè)計(jì)來說，復(fù)位十分重要，這直接決定其是否正常工作。兩旁的電容可用 30177。圖 為微控制器最小系統(tǒng)電路圖。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。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)。 實(shí)際采用電路方案如上圖 所示。下位機(jī)與上位機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)通過 CAN 總線控制器。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。 系統(tǒng)采用針 對(duì)傳統(tǒng)溫度測溫系統(tǒng)測溫點(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。 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。 ⑤可以與 SED1520 級(jí)聯(lián)使用，以便擴(kuò)展行列驅(qū)動(dòng)能力。 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。 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。 與外部 CPU 接口采用并行或串行方式控制。 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 25 頁 共 52 頁 12232 是一種內(nèi)置 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)漢字庫和 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。該類液晶模塊采用的驅(qū)動(dòng)控制器都是 SED152O 或其兼容型驅(qū)動(dòng)控制器。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。液晶顯示器具有體積小、外形薄、重量輕、耗能小、工作電壓低、無輻射，特別是視域?qū)?、顯示信息量大等優(yōu)點(diǎn)。本 設(shè)計(jì) 應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。而且集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。采用溫度芯片DS18B20 測量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。 這樣 ， 測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單 ， 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)測量 。在 0100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 攝氏度。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。 在多點(diǎn)測溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測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溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點(diǎn)測量切換及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問題。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)高電平的到來重新充電。圖 用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值。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) 。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。 DS18B20測溫原理如圖 所示。 ℃ 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 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 。176。C 至 +85176。華氏相當(dāng)于是 67176。 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，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用，無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 V至 V，無需備用電源，測量溫度范圍為 55 176。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì) 。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。 采用溫度芯片 DS18B20 測量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。這樣 ， 測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單 ， 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)測量。在 0100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 攝氏度。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。 在多點(diǎn)測溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測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溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點(diǎn)測量切換及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問題。 另 外， 這種測溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器 ， 不能進(jìn)行多點(diǎn)測量 。 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 52 頁 如果系統(tǒng)選擇采用熱敏電阻，則可滿足 40 攝氏度至 90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測 1 攝氏度的信號(hào)是不適用的。其優(yōu)點(diǎn)是常用、采購容易、 價(jià)格低廉，配合不同類型的 ADC，可實(shí)現(xiàn)不同檔次的精度需求。模擬溫度傳感器根據(jù)輸出的信號(hào)還可以細(xì)分為電流型和電壓型。 模擬溫度傳感器，其輸出的信號(hào)通常是電流、電壓等線性信號(hào)，要通過信號(hào)前端調(diào)理電路和 AD 轉(zhuǎn)換電路來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，才能輸入到 PIC 控制核心來運(yùn)算。在實(shí)際應(yīng)用中， CAN 總線大都用在如汽車和工業(yè)現(xiàn)場控制等的環(huán)境中，環(huán)境對(duì)電路的影響很大，所以為減少這些干擾，在設(shè)計(jì) CAN 總線的節(jié)點(diǎn)時(shí)，通常在電路中使用高速光耦，如 6N137 等，使 SJA1000 的 TX0 與 RX0 不直接與 82C250 的 TXD和 RXD 相連，而是通過高速光耦與 82C250 相連，這樣就能很好地實(shí)現(xiàn)總線上各 CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。而 82C250 支持多達(dá) 110 個(gè)節(jié)點(diǎn)，并能以 1Mbps的速率工作于惡劣電氣環(huán)境下。由于在待機(jī)模式下接收器是慢速的，因此第一個(gè)報(bào)文將被丟失。若引腳 8 接高電平，則電路進(jìn)入低電平待機(jī)模式，在這種模式下，發(fā)送器被關(guān)閉，接收器轉(zhuǎn)至低電流。對(duì)于較低速度或較短總線長度，可用非屏蔽雙絞線或平行線作總線。在這種模式下，不采取任何措施限制上升和下降斜率，此時(shí)，建議使用屏蔽電纜以避免射頻干擾問題。引腳 sR 可用于選擇三種不同的工作模式：高速、斜率控制和待機(jī)。雖然短路出現(xiàn)時(shí)功耗增加，但不致使輸出級(jí)損壞。 （ 1） 82C250 的主要特性如下： ① 與 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)完全兼容 ② 高速（最高可達(dá) 1Mbps） ③ 具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾，保護(hù)總線能力 ④ 采用斜率控制（ Slope Control），降低射頻干擾（ RFIRadio Frequency Interference） ⑤ 熱保護(hù) ⑥ 電源和地之間的短路保護(hù) ⑦ 低電流待機(jī)模式 ⑧ 未上電節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無影響 ⑨ 可連接 110 個(gè)節(jié)點(diǎn) （ 2） PCA82C250 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) PCA82C250 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 PCA82C250 是 CAN控制器和物理總線之間的接口，它最初為汽車中的高速通信（最高達(dá) 1Mbps）應(yīng)用設(shè)計(jì) [12]。它與 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，最高速率可達(dá) IMbps，采用斜率控制可降低射頻干擾，并且其未上電節(jié)點(diǎn)不會(huì)千擾總線。接收 FIFO 共有 64 個(gè)字節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 8X200的接收緩沖區(qū)，因而 SJA1000 的超載能力也大大加強(qiáng)。 EML 負(fù)責(zé)傳送層中調(diào)制器的錯(cuò)誤管制，它接收 BSP 的出錯(cuò)報(bào)告，促使 BSP 和 IML 進(jìn)行錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì) [14]。只有當(dāng)接收的信息的識(shí)別碼與 ASP 檢驗(yàn)相符時(shí)，接收信息才最終被寫入 RXB 或 RXFIFO中。 CPU 的控制經(jīng) IML 把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入 TXB， TXB 中的數(shù)據(jù)由 BSP 處理后經(jīng) BTL 輸出到CAN 總線。 SJA1000 主要由接口管理邏輯 IML、信息緩沖器 (含發(fā)送緩沖器 TXB 和接收緩沖器 RXFIFO)、位流處理器 BSP、接收過濾器 ASP、位時(shí)序處理邏輯 BTL、錯(cuò)誤管理邏輯 EML、內(nèi)部振蕩器及復(fù)位電路等構(gòu)成。發(fā)送緩沖區(qū)可存儲(chǔ)一個(gè)完整的信息幀，長度為 13 字節(jié)。 圖 SJA1000 的硬件結(jié)構(gòu)框圖 CAN 核心模塊負(fù)責(zé) CAN 信息幀的收發(fā)和 CAN 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。 SJA1000 的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。它內(nèi)部自帶發(fā)送和接收緩沖，并有超強(qiáng)的錯(cuò)誤報(bào)警和雙重濾波處理。 AT89S52 單片機(jī) 主要性能 ： ● 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ● 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 ● 1000 次擦寫周期 ● 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ● 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 ● 32 個(gè)可編程 I/O 口線 ● 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ● 八個(gè)中斷源 ● 全雙工 UART 串行通道 ● 低功耗空閑和掉電模式 ● 掉電后中斷可喚醒 ● 看門狗定時(shí)器 ● 雙數(shù)據(jù)指針 ● 掉電標(biāo)識(shí)符 SJA1000 控制器 SJA1000 是一個(gè)獨(dú)立的 CAN 控制器， SJA1000 是 PHILIPS 公司早期 CAN 控制器PCA82C200 的替代品，功能更強(qiáng)，增加了一種新的工作模式 (PeliCAN)，這種模式支持 協(xié)議 [9]~[12]。最新的 89S 系列時(shí)鐘頻率支持到了 3MHz，包含看門狗定時(shí)器 WDT、 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針等新功能，極大的增強(qiáng)了單單片機(jī) CAN CAN 單片機(jī) 溫度傳感器 主控模塊 監(jiān)控模塊 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 52 頁 片機(jī)的性能， 是目前取代 MCS51 單片機(jī)的主流芯片之一 。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89S52 具 有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器。 微處理器 AT89S51/52 系列單片機(jī)是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能的片內(nèi)有4K/8K 快閃可編程 /擦除只讀存儲(chǔ)器 (FPEROM)的 8 位 COMS 微控制器。目前 CAN 總線已被公認(rèn)為是最有前途的幾種現(xiàn)場總線之一。 系統(tǒng)組成框圖如下圖 。設(shè)計(jì)一種可以用于 基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度監(jiān)測及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 52 頁 大規(guī)模多點(diǎn)溫度的檢測報(bào)警系統(tǒng)。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。這樣，由于各種因素會(huì)造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)闄z測環(huán)境復(fù)雜、測 量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會(huì)使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。 3 基于 CAN 多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 溫度檢測系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。也就是說滿足下列兩等式之一，則報(bào)文被接收。如果屏蔽寄存器的每一位為 1，那么這一位會(huì)自動(dòng)接收，無須與濾波寄存器的相應(yīng)位進(jìn)行比較。信息幀仲裁場的標(biāo)識(shí)符與濾波寄存器中的值比較，如果二者相等，則將信息裝入相應(yīng)的接收緩沖區(qū)。對(duì)這一概念的理解有助于深刻了解 CAN協(xié)議的原理及其硬件結(jié)構(gòu)，為軟件的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。報(bào)文濾波技術(shù)實(shí)際是通過屏蔽寄存器和濾波寄存器來實(shí)現(xiàn)。超載界定符由 8個(gè)隱性位組成，與出錯(cuò)界定符具有相同的形式。有三種超載條件會(huì)導(dǎo)致超載標(biāo)志的發(fā)送：一是要求延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的內(nèi)部條件，二是在間歇場的第 1位和第 2位檢測到顯性位，三是如果 CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤界定符 或超載界定符的第 8位（最后一位）采樣到一個(gè)顯性位，節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送一個(gè)超載幀（不是錯(cuò)誤幀）?；顒?dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志由 6個(gè)連續(xù)的顯性位組成，認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志由 6個(gè)連續(xù)的隱性位組成。 錯(cuò)誤幀由兩個(gè)不同場組成，第一個(gè)場由來自各站的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加得到，第二個(gè)場是出錯(cuò)界定符。與數(shù)據(jù)幀相反，遠(yuǎn)程幀的 RTR位是隱性位。數(shù)據(jù)字節(jié)的允許數(shù)目為 0～ 8。數(shù)據(jù)長度碼指出數(shù)據(jù)場的字節(jié)數(shù)目。標(biāo)準(zhǔn)格式里的控制場包括數(shù)據(jù)長度碼 DLC， IDE位及保留位 r0；擴(kuò)展格式里的控制場包括 DLC和兩個(gè)保留位 r1 和 r0。其結(jié)構(gòu)如圖 。 而在擴(kuò)展格式中，仲裁場由 29位標(biāo)識(shí)符、 SRR位、 IDE位和 RTR位組成，標(biāo)識(shí)符為 ～ ，如圖 。只有在總線處于空閑狀態(tài)時(shí)才允許站開始發(fā)送。數(shù)據(jù) 幀的結(jié)構(gòu)如表 23所示。 數(shù)據(jù)幀由 7個(gè)不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、 CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。在標(biāo)準(zhǔn)格