【正文】 部分將繼續(xù)工作。在節(jié)點(diǎn)溫度大約超過(guò) 160℃時(shí)，兩個(gè)發(fā)送器輸出端的極限電流將減少。一個(gè)限流電路可防止發(fā)送輸出級(jí)對(duì)電池電壓的正端和負(fù)端短路。 方案二： PCA82C50是 CAN協(xié)議控制器和物理總線間的接口，它主要是為汽車(chē)中高速通訊（高達(dá) 1Mbps）應(yīng)用而設(shè)計(jì)。但是此 時(shí) IC的其他功能仍繼續(xù)工作。TJA1050還有一個(gè)溫度保護(hù)電路，當(dāng)與發(fā)送器的連接點(diǎn)的溫度超過(guò)大約 165℃ 時(shí)，會(huì)斷開(kāi)與發(fā)送器的連接。而且它與 “ ISO 11898”標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。它最初是應(yīng)用在波特率范圍在 60k波特到 1M波特的高速自動(dòng)化應(yīng)用中。 通過(guò)對(duì)比兩方案，在顯示的實(shí)現(xiàn)上方案一更加多樣化，但是結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，選擇了方案二。目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性和發(fā)光密度、發(fā)光均勻性、全色化發(fā)展。 方案二：采 用 LED 顯示模塊， LED 之所以受到廣泛重視并得到迅速發(fā)展，是因?yàn)樗旧碛谢顒?dòng)、很多優(yōu)點(diǎn)。能顯示測(cè)得溫、濕度值和系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)等。使用LCD 或者 LED 都可以實(shí)現(xiàn)。 通過(guò) 對(duì)比，本設(shè)計(jì)選擇了方案三，用于站點(diǎn)與站點(diǎn)之間的通信，上位機(jī)與各個(gè)站點(diǎn)之間的通信是通過(guò)主控節(jié)點(diǎn)的串口實(shí)現(xiàn)的。 CAN 是一種串行通信協(xié)議，它能有效支持高安全等級(jí)的分布實(shí)時(shí)控制，以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從；節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受影響；報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；每幀信息都有 CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，具有極好的檢錯(cuò)效果。另外由于 TCP 本身的特性，若在網(wǎng)絡(luò)信息量比較大的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)傳載信息負(fù)荷比較大時(shí)容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，通信就會(huì)出現(xiàn)一定的延遲，這將影響到溫度控制系統(tǒng)對(duì)溫度測(cè)控的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，使得系統(tǒng)性能不穩(wěn) 定。 方案二：運(yùn)用 TCP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。 RS232標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)電氣工業(yè)聯(lián)合會(huì) (EIA)制定的利用平衡雙絞線作傳輸線的多點(diǎn)通訊標(biāo)準(zhǔn)，它采用差分信號(hào)進(jìn)行傳輸。 通訊模塊總線的選擇 遠(yuǎn)程通信通?？梢圆捎?RS232 接口標(biāo)準(zhǔn)的串口通信、 CAN 總線通信和 TCP協(xié)議通信。并且 DS18B20 轉(zhuǎn)換速度快，節(jié)約 I\O 口， 直接輸出數(shù)字量，無(wú)須外加 A/D 轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)單方便。精度：DS18B20 在 10oC 到 +85oC 的范圍內(nèi)精度為 +。 LMPT100、 LMPT1000 熱電阻溫濕度傳感器還可以和LM8052NET 配合，組成 TCP/IP 的溫度采集網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集溫度。 方案二： LMPT100、 LMPT1000 是帶 LCD 顯示的熱電阻溫濕度傳感器，工作于 40℃～ +85℃ ( LinkMax 溫濕度傳感器 主機(jī)范圍，不是外接的傳感器范圍 )工業(yè) 級(jí)環(huán)境，采集溫度范圍為－ 200℃～ +200℃，顯示精度 ℃；綜合精度 ℃。它還有很多優(yōu)點(diǎn) ,例如 :直接輸出數(shù)字信號(hào) ,無(wú)需后續(xù)的信號(hào)處理及 A/D轉(zhuǎn)換部分 。 DS18B20 的外圍電路簡(jiǎn)單 ,成本低 ,測(cè)溫精度較高 ,可以設(shè)定 9～ 12 位的分辨率 ,精度為177。經(jīng)過(guò)調(diào)查，溫度傳感器選用 Dallas 公司的可編程單線數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度采集。這個(gè)芯片很適合本系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求，同時(shí)能大大的減化外圍功能電路的設(shè)計(jì)，縮短開(kāi)發(fā)周期，節(jié)省外圍開(kāi)發(fā)成本。 另外 ，可通過(guò)設(shè)置交叉開(kāi)關(guān)控制寄存器將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器、串行總線、硬件中斷、 ADC 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其它數(shù)字信號(hào)配置在端口 I/O 引腳。同時(shí) C8051F040 中除具有 4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 8051 端口 P0、 P P P3 外，還附加了 4 個(gè)端口 P P PP7。 通過(guò)比較這兩種方案，本設(shè)計(jì)最終選定 C8051F040 單片機(jī) 作為本溫度測(cè)量系統(tǒng)的微控制器，因?yàn)?C8051F040 單片機(jī)系統(tǒng)控制器的內(nèi)核采用 CIP51 微控制器，它與 MCS51 指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn) 803x/805x 匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。芯片上有 1 個(gè) 12 位多通道 ADC， 2 個(gè) 12位 DAC， 2 個(gè)電壓比較器， 1 個(gè)電壓基準(zhǔn)， 1 個(gè) 32kB 的 FLASH 存儲(chǔ)器，與 MCS－ 51 指令集完全兼容的高 速 CIP－ 51 內(nèi)核，峰值速度可達(dá) 25MIPS，并且還有硬件實(shí)現(xiàn)的 UART 串行接口和完全支持 和 的 CAN 控制器。 51 單片機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的8 位單片機(jī)，技 術(shù)比較成熟、并且其編程簡(jiǎn)單、易開(kāi)發(fā)、成本低廉、功能也較為完善，因此被廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域和智能家電控制領(lǐng)域。 第３章 系統(tǒng)方案選擇與電路設(shè)計(jì) 各模塊方案的選擇 本設(shè)計(jì)各模塊的選擇主要包括系統(tǒng)微控制器，傳感器的選擇，通訊模塊的選擇， CAN 收發(fā)器模塊選擇，顯示模塊選擇。該款溫度傳感器因其特殊工藝，分辨率優(yōu)于 。 PTAT 的輸出通過(guò)占空比比較器調(diào)制成數(shù)字信號(hào)，占空比與溫度的關(guān)系如下式： DC=+*t， t 為攝氏度。 而 SMT16030 在 80 年代末期由 荷蘭代爾夫特理工大學(xué) 的實(shí)驗(yàn)室首先開(kāi)發(fā)研制成功，并由新成立的荷蘭 Smartec 公司對(duì)其進(jìn)行市場(chǎng)化。作為一種高阻電流源，最高可達(dá) 20MΩ，所以它不必考慮選擇開(kāi)關(guān)或 CMOS 多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差 。注意 R 的阻值不能取得太大，以保證 AD590 兩端電壓不低于 3V。 例如 AD590 是美國(guó)模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為 3~30V，輸出電流 223μA（ 50℃ ） ~423μA（ +150℃ ），靈敏度為 1μA/℃ 。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)，按照 傳感器材料 及電子元件特性分為熱電阻和 熱電偶兩類(lèi)。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科 學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首 【 7， 8】 。 傳感器原理 隨著信息時(shí)代的到來(lái)，數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)也得到了顯著的發(fā)展。在系統(tǒng)運(yùn)行壽命期內(nèi)，不可檢測(cè)的傳輸錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)平均小于 210 數(shù)量級(jí)。如果要確定 CAN 的殘余錯(cuò)誤概率，我們可將殘留錯(cuò)誤的概率作為具有 80 ~ 90 位的報(bào)文傳送時(shí)位錯(cuò)誤概率的函數(shù)，并假定這個(gè)系統(tǒng)中有 5 ~ 10 個(gè)站，并且錯(cuò)誤率為1/1000，那么最大位錯(cuò)誤概率為 10 ~ 13 數(shù)量級(jí)。殘余數(shù)據(jù)錯(cuò)誤概率必 須非常小，使其在系統(tǒng)整個(gè)壽命周期內(nèi)，按平均統(tǒng)計(jì)時(shí)幾乎檢測(cè)不到。 殘余數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的概率可以通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的統(tǒng)計(jì)測(cè)量獲得。如果數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃宰銐蚋撸蛘邭埩粝聛?lái)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤足夠低的話，這一目標(biāo)不難實(shí)現(xiàn)。 數(shù)據(jù)鏈路層定義了報(bào)文傳輸?shù)母袷胶投〞r(shí)協(xié)議這里有兩種描述符 都能達(dá)到8 字節(jié)的數(shù)據(jù)描述符是非常重要的因?yàn)樗鼈兌x了報(bào)文的優(yōu)先權(quán)以及報(bào)文傳輸?shù)念?lèi)型。 SIEMENS 81C90 和81C91 是相類(lèi)似的 PART A 11 位 ID 設(shè)備，但可在擴(kuò)展 CAN 上使用而不會(huì)引起總線錯(cuò)誤，原因很簡(jiǎn)單：因?yàn)樗鼈兒雎粤藬U(kuò)展 CAN 幀而是被認(rèn)為是 PART B 設(shè)備。 PART A 的設(shè)備只能用標(biāo)準(zhǔn)的 CAN 協(xié)議發(fā)送和接收。 PeliCAN A 部分使用 11 位報(bào)文標(biāo)識(shí)符能夠識(shí)別出 2032 個(gè)不同的標(biāo)識(shí)符（保留十六位作為 ID，但只有低 11 位有效），此部分兼容 BasicCAN。 Philips、 Intel、 Siemens 的 CAN 芯片均支持 BasicCAN 和 PeliCAN。 CAN 的兩種存在 形式 具有 11 位 ID 標(biāo)識(shí)符的 BasicCAN； 帶有擴(kuò)展成 29 位 ID 標(biāo)識(shí)符的高級(jí)形式 PeliCAN。發(fā)送站發(fā)送的這兩位均為隱性電平 (邏輯 1)，這時(shí)正確接收?qǐng)?bào)文的接收站發(fā)送主控電平 (邏輯 0)覆蓋它。數(shù)據(jù)場(chǎng)范圍為 0 ~ 8 個(gè)字節(jié)，其后有一個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的循環(huán)冗余檢查 (CRC)。它還包括一個(gè)保留位 (ro)，為將來(lái)擴(kuò)展使用。 RTR 位標(biāo)明是數(shù)據(jù)幀 還是請(qǐng)求幀，在請(qǐng)求幀中沒(méi)有數(shù)據(jù)字節(jié)。 CAN 協(xié)議支持兩種報(bào)文格式，其唯一的不同是標(biāo)識(shí)符 (ID)長(zhǎng)度不同，標(biāo)準(zhǔn)格式為 11 位，擴(kuò)展格式為 29 位 [1]。 1 CAN 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。 CAN 的每幀信 息都有 CRC 校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，具有極好的檢錯(cuò)效果。在標(biāo)準(zhǔn)幀報(bào)文標(biāo)識(shí)符有 11 位，而在擴(kuò)展幀的報(bào)文標(biāo)識(shí)符（ 29 位）的個(gè)數(shù)幾乎不受限制。 CAN 的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km（速率 5kbps 以下）；通信速率最高可達(dá) 1Mbps（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為 40m）。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很 重的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況（以太網(wǎng)則可能）。 CAN 采用非破壞總線仲裁技術(shù)。 CAN 為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任一時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。其結(jié)構(gòu)如圖 1 圖 2 所示。各控制節(jié)點(diǎn)通過(guò) CAN 總線相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信。然后將提取出來(lái)的有效數(shù)據(jù)一方面通過(guò) 設(shè)配卡和 串口傳給 PC 機(jī)， PC 機(jī)在接收到數(shù)據(jù)后，通過(guò)上位機(jī)程序把剛接收到的有效數(shù)據(jù)顯示在 PC 機(jī)的窗口中；另一方面有效數(shù)據(jù)通過(guò)主控芯片 送 LED 顯示模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)顯示。 根據(jù)規(guī)定的不同， 如果是有效數(shù)據(jù)，那么將數(shù)據(jù)打包發(fā)送到 CAN 總線；如果數(shù)據(jù)無(wú)效，那么繼續(xù)等待有效數(shù)據(jù)。主要控制電路包括：電源電路 ， JATG 電路， CAN 收發(fā)器電路，時(shí)鐘電路，報(bào)警電路，顯示電路。最后通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳回主機(jī)顯示，同時(shí)將數(shù)據(jù)送 LED 顯示當(dāng)前溫濕度。 系統(tǒng)綜述 系統(tǒng)工作過(guò)程 系統(tǒng)主要工作過(guò)程為：首先溫度傳感器將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)總線傳送給從節(jié)點(diǎn)控制芯片，芯片在接收到數(shù)據(jù)以后將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、打包成為符合 CAN 協(xié)議的信息幀，然后使用 CAN 收發(fā)器將數(shù)據(jù)通過(guò) CAN 總線發(fā)送給主控節(jié)點(diǎn)的主控制芯片。選用這個(gè)芯片不僅能夠?qū)ξ业拇髮W(xué)四年的知識(shí)進(jìn)行一個(gè)總結(jié)運(yùn)用，而且能夠緊跟時(shí)代的發(fā)展脈搏，吸取最新鮮的知識(shí)體系。我們選用 c8051f040 單片機(jī) 微處理器來(lái)完成這次的溫度檢測(cè)系統(tǒng)， Cygnal 公司的 51 系列單片機(jī) C8051F040 是集成在一塊芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，在一個(gè)芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控制的智能節(jié)點(diǎn)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)以及 其他功能部件，代表了目前 8 位單片機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。此外，C8051F 還采用了 Flash ROM 技術(shù)，集成了 JTAG，實(shí)現(xiàn)了真正的在線編程和片上調(diào)試 【 5】 。由于采用了流水線處理技術(shù)．不再區(qū)分時(shí)鐘周期和機(jī)器周期，大大提高了指令執(zhí)行效率，使其處理速度不遜于許多 16 位單片機(jī) (如 DSP2407)。因此我最終最終選擇了 Silicon Laboratories 的 C8051F 這一系列高性能 8 位單片機(jī)。 在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇合適的芯片是 CAN 總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集部分通過(guò)各種傳感器分別對(duì)各種環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、不斷的自動(dòng)收集。溫度自動(dòng)化控制器與計(jì)算機(jī)連接，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)遠(yuǎn)距離通訊。配合計(jì)算機(jī)可組成綜合環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)。 CAN 的上述特點(diǎn)使其成為諸多工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域中首選的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。采用 CAN 總線技術(shù)后即可解決上述問(wèn)題。 選題意義 在以往的國(guó)內(nèi)測(cè)控領(lǐng)域，在總線選擇上，大多采用 BITBUS 或 RS485 作為通信總線?，F(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集 (即傳感器技術(shù) )、信息傳輸 (通信技術(shù) )和信息處理 (計(jì)算機(jī)技術(shù) )。主要表現(xiàn)在以下兩方面： 溫度傳感器正從分立組件向集成化、智能化、系統(tǒng)化的方向迅速發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件； 在溫度測(cè)量系統(tǒng)中普遍采用線性化處理、自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)刃录夹g(shù)。準(zhǔn)確測(cè)量溫度對(duì)于生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)更是至關(guān)重要的。但是，這些要求 長(zhǎng)時(shí)間未能得到很好的解決，直至 CAN總線技術(shù)出現(xiàn)才提供了一個(gè)較好的解決方法。大型儀器設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，需要對(duì)多種信息進(jìn)行采集、處理、控制、輸出等操作。比如農(nóng)業(yè)上要求能夠?qū)崿F(xiàn)智 能 化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理得利用溫 度 檢測(cè)系統(tǒng) ； 要實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；c自動(dòng)化 ， 讓被養(yǎng)殖的動(dòng)物在他們適宜的溫度下生長(zhǎng) ， 這對(duì)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大起著十分重要的作用 ； 糧食的儲(chǔ)存也需要對(duì)溫 度進(jìn)行嚴(yán)格的控制 ， 以防止糧食的變質(zhì) ； 在科學(xué)研究 方面 ，溫 度 檢測(cè) 系統(tǒng)能夠保證溫度的恒定或者變化 ， 適應(yīng)與科學(xué)的研究 ，排除或者考察溫 度對(duì)某項(xiàng)研究起到的作用。由于 CAN 總線具有很高的實(shí)時(shí)性能 ， 因此 ， CAN 已經(jīng)在 汽車(chē)工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 1993 年 ， CAN 已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用 )和 ISO11519（低速應(yīng)用）。提出 CAN 總線的最初動(dòng)機(jī)就是為了解決現(xiàn)代汽車(chē)中龐大的電子控制裝置之間的通訊 ， 減少不斷增加的信號(hào)線。 1 選題背景與依據(jù) 選題背景 在 80 年代末 CAN 最初出現(xiàn) 在 汽車(chē)工業(yè)中 ， 是 由德國(guó) 的 Bosch公司最先提出。 給出了曾在 CAN 技術(shù)規(guī)范版本 中定義的 CAN 報(bào)文格式，而 給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式。為此， 1991 年 9 月 PHILIPS SEMICONDUCTORS 制訂并發(fā)布了 CAN 技術(shù)規(guī)范（ ）。同時(shí)，正由于現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，也使得現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用得?，F(xiàn)場(chǎng)總線的