【正文】 發(fā)應用的一個主要方向。實際上傳感器總線仍屬于現(xiàn)場總線，關鍵的問題在于如何將總線接口與傳感器一體化。如果傳感器能以數(shù)字形式輸出，就可以方便地與計算機直接相連，從而簡化系統(tǒng)結構，提高精度。測控 系統(tǒng)中離不開傳感器，由于各類傳感器的工作原理不同，其最終輸出的電量形式也各不相同，為了便于系統(tǒng)連接，通常要考慮將傳感器的輸出變換成標準電壓或電流信號。如醫(yī)療器械 CT 斷層掃描儀，為保證其可靠工作，在數(shù)據(jù)通信上要求功能塊間可隨意進行數(shù)據(jù)交換、通信能以廣播方式進行、簡單經(jīng)濟的硬件接口、通信線盡量少、抗干擾能力強、可靠性高并能自動進行故障識別和自動恢復。 CAN 總線在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點以及它的高性能價格比決定了它在許多領域都有廣闊的應用前景和發(fā)展?jié)摿?。隨著工業(yè)生產的自動化和信息化程度的不斷提高，這種簡單的自動溫度測控系統(tǒng)越來越難以滿足現(xiàn)代工業(yè)生產的需要。準確測量溫度對于生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)更是至關重要的，選題背景 4 有些場合控制過 程復雜，測控點相距較遠，不適合人工現(xiàn)場操作，因此為了保證溫度測量的準確和實時，近年來廣泛采用自動溫度測量系統(tǒng)來代替人工進行溫度測量。實驗證明，該系統(tǒng)精度高，可靠性好，結構簡單，成本低，適用范圍內可取代傳統(tǒng)測溫系統(tǒng)。 DS18B20芯片用于檢測和發(fā)送溫度數(shù)據(jù)，通過 CAN控制器同上位機進行遠程通信，能夠獨立完成 CAN總線上數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送工作。 單片機 AT89C51是硬件電路的核心 ， 承擔 CAN控制器的初始化、數(shù)據(jù)收發(fā)控制等任務 ； CAN總線控制器用于同上位機進行遠程 通訊，能 夠獨立完成 CAN總線上數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送工作。[摘要 ]控制器局域網(wǎng)屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制的串行通訊網(wǎng)絡，被公認是最有前途的總線之一。本文基于 CAN總線設計了一種新型智能溫度測量系統(tǒng)，硬件電路由微處理器、 CAN控制器、測溫芯片 DS18BLCD、鍵盤、復位電路、蜂鳴器等幾部分組成 。溫度測控模塊是系統(tǒng)構成的基礎與關鍵，它直接與溫度采集機構相連接，實現(xiàn)對溫度的檢測與控制。該系統(tǒng)通信單元可實現(xiàn) CAN報文的一點到多點的接收和發(fā)送，報文可以是單幀或多幀的，標準或擴展的數(shù)據(jù)幀或遠程幀。 [關鍵詞 ]CAN控制器 ； DS18B20； AT89C51； LCD 選題背景 2 目錄 前言 ....................................................................................................................................... Ⅷ 1 選題背景 ............................................................................................................................. 1 國內外現(xiàn)狀及研究的意義 ......................................... 1 CAN 總線技術規(guī)范 ................................................ 2 2 方案論證 ............................................................................................................................. 8 3 CAN 總線溫度測量系統(tǒng)的硬件設計 ................................................................................... 10 系統(tǒng)硬件的設計原理 ............................................ 10 溫度傳感器選用 DS18B20 ....................................... 11 CAN控制器選用 SJA1000 ....................................... 13 CAN收發(fā)器選用 PCA82C250 ...................................... 14 單片機選用 AT89C51 .......................................... 15 系統(tǒng)單元電路的設計 ............................................ 17 溫度測量電路的設計 .......................................... 17 CAN總線的通信節(jié)點電路的設計 .................................. 21 下位分機鍵盤接口電路的設計 ................................... 23 下位分機 LED的顯示電路的設計 ................................. 24 上位機 LCD和鍵盤的電路設計 ................................... 25 4 CAN 總線溫度測量系統(tǒng)的軟件設計 ................................................................................... 27 溫度采集系統(tǒng)的軟件設計 ........................................ 28 CAN 通訊節(jié)點的軟件設計 ......................................... 29 CAN控制器 SJA1000的初始化 ................................... 29 CAN接收與發(fā)送數(shù)據(jù)程序 ....................................... 31 鍵盤接口電路的軟件設計 ........................................ 33 LCD 接口電路的軟件設計 ......................................... 35 5 電路測試結果分析 ............................................................................................................. 41 選題背景 3 系統(tǒng)軟硬件的調試分析 .......................................... 41 CAN總線模塊的調試 .......................................... 41 測溫模塊的調試 .............................................. 41 鍵盤 及顯示模塊的調試 ........................................ 41 測試儀器 ...................................................... 41 6 結束語 .............................................................................................................................. 43 參考文獻 ................................................................................................................................ 44 致謝 ....................................................................................................................................... 46 附錄 ....................................................................................................................................... 47 1 選題背景 國內外現(xiàn)狀及研究的意義 在工農業(yè)生產、冶煉、鍛造、環(huán)保、國防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對溫度進行測量及控制。 早期的自動溫度測量系統(tǒng)大多采用單片機或可編程控制器進行控制，存在人機界面差、擴展能力低、無統(tǒng)計查詢管理功能等不足之處。所以嘗試采用分布式結構的基于 CAN 總線的溫度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)的溫度測控模塊不僅可以按照設定獨立地進行溫度測控，而且能夠將分布在不同地點的溫度測控模塊通過CAN 現(xiàn)場總線連接起來，接入 PC 機進行集中監(jiān)控和管理。大型儀器設備系統(tǒng)復雜，對多種信息進行采集、處理、控制、輸出等操作。但是，這些要求長時間未能得到很好的解決，直至 CAN 總線技術出現(xiàn)才提供了一個較好的解決方法。即便是這樣，在與計算機相連時，必須增加 A/D 環(huán)節(jié)。這種傳感器與計算機相連的總線可稱為傳感器總線。在廣泛的工業(yè)控制領域， CAN 總線可作為現(xiàn)場設備級的現(xiàn)場總線，與其它總線相比，具有很高的可靠性和性價比。在以往的國內測控領域，由于沒有更好的選擇，大多采用 BITBUS或 RS485 作為通信總線。采用 CAN 總線技術后即可解決上述問題。 CAN 的上述特點使選題背景 5 其成為諸多工業(yè)測控 領域中首選的現(xiàn)場總線之一。如安防系統(tǒng)、抄表系統(tǒng)、家電控制等。適當?shù)木W(wǎng)關如 CAN 與 TCP/IP 協(xié)議的轉換，可以使一個居室或一棟大樓的現(xiàn)場 CAN 信息轉變?yōu)?Inter 的形式外傳，或反過來通過這類網(wǎng)關把外部網(wǎng)傳來的信息轉換為 CAN 的形式，此即實現(xiàn)了所謂的遠程控制。這是做好本次畢業(yè)設計必需的基礎知識。這些問題都可以通過自學和師生的幫助來完成。是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。在北美和西歐， CAN 總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標準總線，并且擁有以 CAN 為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機械車輛設計的 J1939 協(xié)議。 CAN 總線是一種多主總線系統(tǒng)，通信介質可以是雙絞線，同軸電纜或光導纖維，其通信速率最高可達 1Mbps（ 40m），直接傳輸距離最遠可以達到 10km(5KB)。 （ 2） CAN 采用非破壞性仲裁技術。尤其是在網(wǎng)絡負載很重的情況下，也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡選題背景 6 癱瘓情況。 （ 4） CAN 上節(jié)點數(shù)主要取于總線驅動電路，目前可達 110 個。保證了出錯率極低。 （ 6） CAN 節(jié)點在錯誤嚴 重 的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。 該技術規(guī)范包括 A 和 B 兩部分。由于現(xiàn)在各半導體公司生產的 CAN 控制器幾乎都完全支持 規(guī)范，而 完全兼容 。從上到下依次是應用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。這就是說，這種層次結構并不是嚴格和必須的、而要看實際情況而定。結構層次少，有利于系統(tǒng)中實時控制信 號的傳輸。 物理層定義信號是如何傳輸?shù)?，因此涉及到位定時、位編碼 /解碼、同步的解釋。它把接收到的報文提供給 LLC 子層，并接收來自 LLC 子層的報文。 MAC 也受故障界定的監(jiān)管。 CAN 通信協(xié)議： 報文的幀類型和幀格式 選題背景 7 報文傳 輸有 4 個不同的類型的 幀 :數(shù) 據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀和過載幀。 （ 1）數(shù)據(jù) 幀 :數(shù) 據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌? 幀起始域 — 標志數(shù)據(jù)幀的開始，由一個顯性位組成。在擴展格式里，仲裁域包括 29 位標識符 ID28～ ID0,SRR 位 IDE 位 RTR 位。 RTR 在數(shù)據(jù)幀里為顯性 0，而在遠程幀里為隱性 1。 數(shù)據(jù)域 — 包含 08 字節(jié)的數(shù)據(jù)。 應答域 — 包括應答位和應答分隔符。 幀結束 — 由七位隱性電平組成。遠程幀也有標準和擴展格式。 (3)錯誤幀 :由錯誤標志和錯誤分界兩個域組成。任何單 元 檢測到錯誤就發(fā)出錯誤幀。由超載標志和 超載分隔符組成。當接收方接收下一幀之前，需要過多的時一間處理當前的數(shù)據(jù)，或在幀間空隙域檢測到顯性電平時一，則導致發(fā)送超載幀。網(wǎng)絡中晶振的頻率不是絕對穩(wěn)定的，溫度、電壓以及器件的異常都會導致微小的差別，但只要將其穩(wěn)定在振蕩器容差范圍之內，總線上的節(jié)點會通過重同步進行彌選題背景 8 補。只要總線空閑，任何單元都可以開始發(fā)送報文。通過使用標識符的逐位仲裁可 以解決這個沖突。當具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀和遠程幀同時發(fā)送時，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠程幀。如果相同，那這個單元可以繼續(xù)發(fā)送，如果發(fā)送的是隱性位 1 而監(jiān)測回來的是顯性0，那這個單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。 位錯誤 :單元在發(fā)送位