【正文】 初始化流程圖 畢業(yè)論文 21 讀 取 與 存 儲 A D 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果啟 動 下 一 次 A D 轉(zhuǎn) 換延 時(shí) 子 程 序清 A D I F 標(biāo) 志中 斷 子 程 序 圖 A/D 中斷程序流程圖 液晶顯示模塊 程序 液晶顯示模塊主要完成信號的主站顯示，先 初始化 A/D， I/O 等，判斷顯示器狀態(tài)是否空閑，若空閑，則向顯示器發(fā)送數(shù)據(jù)，若忙，則返回清屏，最后在顯示器上顯示 ，流程圖 如圖 所示。 讀 接 收 緩 沖 區(qū) 的 信 息 并 保 存釋 放 接 收 緩 沖 區(qū)開 C A N 接 收 中 斷接 收 緩 沖 區(qū) 空 ？結(jié) 束YN 圖 CAN接收程序流程圖 畢業(yè)論文 20 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 程序 由于 A/D 轉(zhuǎn)換模塊采用 LM324 組成差動放大電路對電橋輸出電壓進(jìn)行放大，所以 A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入電 壓范圍為 0～ 5V，將 RA2 引腳作為模擬電壓輸入，模擬量為連接在 RA2引腳上的放大器輸入提供，借此可以提供一個(gè)連續(xù)變化的模擬電壓。 畢業(yè)論文 19 把 數(shù) 據(jù) 寫 入 C A N 發(fā) 送 緩 沖 區(qū)啟 動 發(fā) 送 命 令開 C A N 發(fā) 送 中 斷發(fā) 送 緩 沖 區(qū) 空 ？結(jié) 束YN 圖 CAN發(fā)送程序流程圖 （ 2） 接收數(shù)據(jù)中斷子程序 : 數(shù)據(jù)從 CAN 總線到 CAN接收緩沖區(qū)也是由 CAN控制器自動完成的 ， 接收程序只需從接收緩沖區(qū)中讀取接收的數(shù)據(jù) ，再進(jìn)行相應(yīng)的處理即可， 接收程序也采用中斷方式。 （ 1） 發(fā)送數(shù)據(jù)中斷子程序 ： 根據(jù) CAN協(xié)議規(guī)范 ， 數(shù)據(jù)從 CAN控制器發(fā)送到 CAN總線是由CAN控制器自動完成的 , CPU只需將被發(fā)送的數(shù)據(jù)送到 CAN的發(fā)送緩沖區(qū) ， 然后將命令寄存器的 “發(fā)送請求 ”標(biāo)志置位 ， 啟動發(fā)送命令即可， 發(fā)送過程由 CAN的中斷請求控制。 CAN 初始化程序流程圖 ,如圖 [22]。 C A N 收 發(fā) 器 發(fā) 送數(shù) 據(jù) 處 理數(shù) 據(jù) 采 集初 始 化開 始 圖 采集系統(tǒng)流程圖 畢業(yè)論文 18 CAN 總線的接收和發(fā)送 程序 初始化程序 :主要完成各端口的初始化、 CAN 通信接口的初始化。 畢業(yè)論文 17 第四章 軟件設(shè)計(jì) 主程序 監(jiān)視器主程序 該程序主要完成對遠(yuǎn)程采集的多點(diǎn)溫度信號，通過 CTM8251 收發(fā)器的接收，在主機(jī)端使用 MCG12864A83 液晶顯示模塊的顯示，初始化 A/D,I/O 等，流程圖如 圖 所示。 MCG12864A83 模塊共有 20 個(gè)引腳，其定義如下表： 序號 符號 狀態(tài) 功能說明 1 CSA 輸入 片選 1 2 CSB 輸入 片選 2 3 VSS 數(shù)字地 4 VDD 邏輯電源 +5V 5 V0 對比度調(diào)節(jié) 6 D/I 輸入 指令 /數(shù)據(jù)通道 7 R/W 輸入 讀 /寫選擇 8 E 輸入 使能信號，數(shù)據(jù)在下降沿時(shí)被寫入LCM；在高電平時(shí)被讀出 LCM 9～ 16 DB0～ DB7 三態(tài) 數(shù)據(jù)線 17 LED+ LED 背光正電源端 18 LED LED 接地端 19 LED LED 接地端 20 LED+ LED 背光正電源端 總結(jié) 綜上所述，將傳感器采集到的現(xiàn)場信號經(jīng)過電橋和放大電路后送入 A/D 轉(zhuǎn)換模塊， A/D 轉(zhuǎn)換模塊完成 A/D 轉(zhuǎn)換，從站的 PIC18F4580 單片機(jī)將采集的信號通過 CTM8251 收發(fā)器發(fā)送至 CAN 總線，然后主站的 PIC18F4580 單片機(jī)通過 CTM8251 收發(fā)器接收信號，在液晶顯示模塊顯示。由于 KS0107B 不與 MPU 發(fā)生聯(lián)系，故只要提供電源就能產(chǎn)生行驅(qū)動信號和各種同步信號。液晶的第五腳用于液晶顯示對比度的調(diào)節(jié)，它需要通過一個(gè) 10K 的可變電阻接到 12V 的電源上。 （ 7）液晶顯示電路 [21] 圖 液晶顯示電路 如圖 所示為該液晶顯示模塊與 PIC18F4580 的接口電路。 由于溫室現(xiàn)場采集的溫度范圍大約為： 0oC～ 100oC，因此鉑電阻的 范圍 為 100? ~? ， 則 電橋電路輸出的電壓范圍為0mV~400mV,由于 A/D 轉(zhuǎn)換模塊采用 LM324 組成差動放大電路 對電橋輸出電壓進(jìn)行放大 ， 所以 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的輸入電壓范圍為 0～ 5V，因此放大倍數(shù)大約為 10 倍， 如圖 所示 。 （ 4） 電源 電路 畢業(yè)論文 14 圖 電源電路 由于該系統(tǒng)使用的 PIC18F4580 芯片的工作電壓為 5V的直流電，所以需要接一個(gè)電源電路，輸入為 220V 的交流電，經(jīng)過變壓器 降壓 和整流橋 整流 ，將交流電變?yōu)橹绷麟姡?使用 7805三端穩(wěn)壓器和電容組成穩(wěn)壓電路，其中 C1 用于抵消輸入線較長時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩，電容 C2 和 C3 用于消除輸出電壓中的高頻噪聲， 電路如圖 所示 。 VDD 的最小上升率必須滿足要求 。 為了利用 POR 電路特性，可以直接 把 Vpp 引腳與電源 VDD相連。本文采用低功耗晶體振蕩器方式（ LP 方式）， 晶振頻率為 20MHZ， 因此在 30 腳和 31 腳外接晶振 和振蕩電容，振蕩電容的值一般取 15pF,如圖 所示。通過 2 個(gè)引腳可進(jìn)行 在線串行編程（ ICSP）。休眠（ SLEEP）省電方式。帶有片內(nèi) RC 振 蕩器的監(jiān)視定時(shí)器（ WDT）。上電復(fù)位 電路 （ POR）， 上電 延時(shí) 定時(shí)器（ PWRT）和振蕩起振 定時(shí)器（ OST） 。優(yōu)越的錯誤處理特性。6 個(gè)全 29 位接收過濾器。3 個(gè)帶優(yōu)先級的信息發(fā)送緩沖器。高達(dá) 1Mbps 的通信速率。符合國際標(biāo)準(zhǔn) ISO CAN。TMR3： 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。TMR2：帶有 8 位周期寄存器 的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 。TMR1： 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 。TMR0：帶有 8 位可編程前 分頻器的 8 位 或 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。3 個(gè)外部中斷引腳。最大拉電流 /灌電流可達(dá) 25mA。帶優(yōu)先級的中斷。16 位寬指令， 8 位寬數(shù)據(jù)通道。DC~40MHZ 時(shí)鐘輸入。高達(dá) 10MIPS 的執(zhí)行速度。高達(dá) 4KB 的數(shù)據(jù)存儲器。高達(dá) 2MB 的程序存儲器 。 主要引腳 ：電源和接地引腳 ，震蕩器晶體引腳， 時(shí)鐘復(fù)位引腳 ， I/O 輸入輸出引腳 ， A/D畢業(yè)論文 12 通道 引腳 。 硬件 設(shè)計(jì)的 模塊選擇 硬件模塊主要為 PIC18F4580 單片機(jī)，電源模塊，傳感器和放大電路， CAN 收發(fā)器，晶振電路，復(fù)位電路，液晶顯示模塊。 (2) 完成液晶顯示 程序的設(shè)計(jì)。 (4) 主機(jī)的數(shù)據(jù)顯示。 (2) 總線上數(shù)據(jù)的傳輸。要注意對交流電以及電火花的隔離，同時(shí)保證連接件的可靠接觸。 (2) 安全可靠 選購的硬件要考慮環(huán)境溫度、濕度、壓力、振動、粉塵等要求，以保證在規(guī)定的工作環(huán)境下系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠。 硬件設(shè)計(jì)任務(wù) 本章硬件設(shè) 計(jì)主要為完成系統(tǒng)硬件的搭建，以滿足系統(tǒng)任務(wù)要求， 在此多點(diǎn)溫度采集 系統(tǒng)中，所設(shè)計(jì)的主 要任務(wù)為實(shí)現(xiàn) CAN 通信，以接收通過 CAN 總線傳送過來的信號，實(shí)時(shí)獲取 現(xiàn)場的信號， 同時(shí)，需要保障系 統(tǒng)的可靠性和安全性， 需完成數(shù)據(jù)采集處理，數(shù)據(jù)傳輸以及液晶顯示 等 功能。 溫室采集系統(tǒng)功能要求 本系統(tǒng)要求在溫室內(nèi)完成多點(diǎn) 的信號采集 ， 所采集的信號是從傳感器輸出的信號。 CAN OpenSafety 是第一個(gè)獲得 BIA 許 可的 CAN 解決方案， DeviceNetSafety 也會馬上跟進(jìn)， 全球分級協(xié)會的領(lǐng)導(dǎo)者之一， Gennanischer Lloyd 正在準(zhǔn)備提議將 CAN open 固件應(yīng)用于海事運(yùn)輸 [19]。 CAN 總線的應(yīng)用與發(fā)展 CAN 總線最先由 Bosch 公司提出，起初應(yīng)用在汽車業(yè)， 如今已廣泛的應(yīng)用在：自動控制、航空 、 航天 、航海、過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè) 、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療畢業(yè)論文 9 器械及傳感器等領(lǐng)域， 作為最有前途的現(xiàn)場總線， CAN 已 經(jīng)成為全球范圍內(nèi)最重要的總線之一， 在 1999 年，接近 6 千萬個(gè) CAN 控制器投入應(yīng)用。 (8) CAN 總線測試系統(tǒng)成本低。 (7) CAN 總線的實(shí)時(shí)性好。在 CAN 系統(tǒng)中，一個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息， 節(jié)點(diǎn)可在不要求所有節(jié)點(diǎn)及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖蛴布那闆r下接到 CAN 網(wǎng)絡(luò)中。 (5) 可以點(diǎn)對點(diǎn)，點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 CAN 的節(jié)點(diǎn)有能力識別永久性故障和暫時(shí)擾動，對錯誤做出界定，對己損報(bào)文進(jìn)行標(biāo)注，并自動最新發(fā)送，當(dāng)故障計(jì)數(shù)大于 255 時(shí)，節(jié)點(diǎn)被 “脫離總線 ”，脫離總線狀態(tài)不允許對總線有任何影響。 (3) 嚴(yán)格的錯誤檢測和界定。 (2) 非破壞性總線仲裁技術(shù)。 CAN 是一種具有高可靠性，支持分布式測試、實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)， CAN 具有如下特性 [17]： (1) 方式靈活。 CAN 通訊協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式， CAN 層的定義與開放系統(tǒng)互連模型 OSI 一致 ， 每一層與另一設(shè)備上相同的那一層通訊，實(shí)際的通訊發(fā)生在每一設(shè)備上相鄰的兩層，而設(shè)備只通過模型物理層的物理介質(zhì)互連 ， CAN的規(guī)范定義了模型的最下面兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層， 應(yīng)用層協(xié)議可以由 CAN 用戶定義成適合特別工業(yè)領(lǐng)域的任何方案，已 在工業(yè)控制和制造業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)是 Device Net，這是為 PLC 和智能傳感器設(shè)計(jì)的 [15]。 CAN 是一種多主從方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高的抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤 。 最初， CAN 被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊 ， 在車載電子控制裝置 ECU 之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)， 比如在發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng) 、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入 CAN 控制裝置， 在一個(gè)由 CAN 總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以 掛接無數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。CAN 的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀只有 8 個(gè)有效字節(jié)，傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，同時(shí)在通信節(jié)點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重錯誤時(shí)，具有自動關(guān)閉功能，因而具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 CAN 總線 CAN 是控制器局域網(wǎng)的簡稱， CAN 協(xié)議也是建立在 ISO/OSI 模型基礎(chǔ)之上，但其模型結(jié)構(gòu)只有兩層，即只取 OSI 底層的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。實(shí)時(shí)系統(tǒng)必須 本質(zhì)上是冗錯的，即使在出現(xiàn)局部故障時(shí)，系統(tǒng)必須能夠繼續(xù)正確工作， 將所有通信集中到一條物理鏈路是很危險(xiǎn)的 ， 如果總線被偶然切斷，則任何信息都無法傳輸，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。現(xiàn)場總線系統(tǒng)中沒有中央存儲器，因此必須提供相應(yīng)的協(xié)議來保證每個(gè)畢業(yè)論文 7 變量拷貝的數(shù)值相同；沒有單一時(shí)鐘，因此必須提供同步時(shí)鐘來保證變量及事件的時(shí) 間標(biāo)簽的一致性 ， 當(dāng)然現(xiàn)在己有一些算法可完成較為準(zhǔn)確的時(shí)鐘同步，精度主要取決于每個(gè)時(shí)鐘的漂移及同步周期。 盡管現(xiàn)場總線有許多優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)場總線也存在一些缺點(diǎn)，雖然這些缺點(diǎn)可采用一些措施來克服，但在設(shè)計(jì)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)時(shí)，這些缺點(diǎn)仍不容忽視 [13]。 (4) 用戶有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán) 用戶可以自由地選擇不同廠商提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)， 避免因?yàn)檫x擇了某一品牌的產(chǎn)品而被限制了使用設(shè)備的選擇范圍，因此不存在系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議和接口等，最終使系統(tǒng)集成過程中的主動權(quán)牢牢掌握在用戶手中。 (2) 節(jié)省安裝費(fèi)用 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線一般只需一對雙絞線或者一條電纜就可以掛接多個(gè)設(shè)備，大大減少了電纜、端子、槽盒和橋架的用量，連線設(shè)計(jì)與接頭校對也相 應(yīng)減少， 同時(shí)增加現(xiàn)場控制設(shè)備，無需增設(shè)新的電纜，可以就近連接在原有的電纜上，節(jié)省了投資，減少了 設(shè)計(jì)、安裝的工作量。它的實(shí)施有利于解決工廠各層次的信息集成及支撐技術(shù) —計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)問題，有利于構(gòu)筑計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) (CIMS)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并有效地發(fā)揮作用 ， 此外，用戶可以很方便地共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。控制設(shè)備可以很便捷地從現(xiàn)場設(shè)備獲取所需的信息，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息的快速傳送，完成對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、參數(shù)化及 故障的診斷工作。由于功能分散，并且采用相同的協(xié)議，用戶可以靈活地選用各種功能模塊，通過一對傳輸線互聯(lián)就可實(shí)現(xiàn)不同廠商產(chǎn)品的交互操作和互換，將各廠商性能價(jià)格比最優(yōu)的產(chǎn)品集成在一起，實(shí)現(xiàn) “即插即用 ”，即所謂互操作性。通過現(xiàn)場儀表和裝置就可 以構(gòu)成控制回路，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制，提高了控制系統(tǒng)的可靠性和靈活性?，F(xiàn)場總線技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信向現(xiàn)場的延伸，因此，它可以把分布式控制系統(tǒng) (DCS)控制站的功能分散地分配給現(xiàn)場儀表，構(gòu)成虛擬的控制站，這樣就廢棄了 DCS 的 I/O 單元和控制站?，F(xiàn)場總線技術(shù)采用一條通信電纜連接控制設(shè)備和現(xiàn)