【正文】 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。使用Protel 99 SE繪制出串行通信模塊原理圖如圖35。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。另外，MAX232芯片采用單+5V電源供電，僅需幾個(gè)外接電容即可完成從TTL到RS232電平的轉(zhuǎn)換，共兩路。應(yīng)當(dāng)注意的是光耦部分采用的電源VCC和VDD最好完全隔離，可以用小功率的電源隔離模塊來實(shí)現(xiàn)，這樣就可以提高節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性[4]。微處理器89C51負(fù)責(zé)SJA1000的初始化，通過控制SJA1000實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。圖34 CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件電路原理圖如圖34所示為CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件電路原理圖。 STC89C52RC與SJA1000的接口設(shè)計(jì)將SJAl000的ADO～AD7連接到AT89C5l的P0口，CS連接到AT89C5l的P20，這樣，當(dāng)P20為O時(shí)，CPU片外存儲器地址即可選中SJAl000，CPU則通過這些地址對SJAl000執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作。比如我們這次設(shè)計(jì)中的溫室控制系統(tǒng)要采用CAN通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸其從節(jié)點(diǎn)當(dāng)中就涉及到SJA1000與CPU的連接。圖33 SJA1000管腳圖SJA1000的引腳定義如表31所列。EML負(fù)責(zé)傳遞層中調(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)。BTL始終監(jiān)視CAN BUS，當(dāng)檢測到有效的信息頭“隱性電平控制電平”的轉(zhuǎn)換時(shí)啟動(dòng)接收過程，接收的信息首先要由位流處理器BSP處理，并由ASP過濾，只有當(dāng)接收的信息的識別碼與ASP檢驗(yàn)相符時(shí)，接收信息才最終被寫入RXB或RXFIFO中。IML接收來自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址并向控制提供中斷信息及狀態(tài)信息。在設(shè)計(jì)方案中我們提到此系統(tǒng)中使用的是STC89C52RC單片機(jī)和CAN獨(dú)立控制器SJA1000，下面我們首先了解下SJA1000的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳排列以及其各個(gè)引腳的定義，然后就可以方便的進(jìn)行單片機(jī)與控制器的接口電路設(shè)計(jì)了。其中從機(jī)CAN節(jié)點(diǎn)上載有溫度傳感器和電動(dòng)機(jī)設(shè)備等[3]。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1. 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架CAN總線模塊采用STC89C52RC作為微處理器，在CAN總線通信接口中采用PHILIPS 公司的SJA1000和TJA1050芯片，SJA1000是獨(dú)立CAN通信控制器，82C250為高性能CAN 總線收發(fā)器。主節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)接收上位機(jī)命令并解釋然后發(fā)送給從節(jié)點(diǎn)并再將從節(jié)點(diǎn)接收到命令后的所回傳的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給上位機(jī)的功能。上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要是就是PC機(jī)控制界面的設(shè)計(jì)，要實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)通信和顯示下位機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀況及溫度采集點(diǎn)溫度值的功能。無誤后，再生成PCB并據(jù)此制作下位機(jī)系統(tǒng)板子。然后就是電動(dòng)機(jī)接口電路，我們可以使用一個(gè)開關(guān)型的三極管外加一個(gè)固態(tài)繼電器來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。由于DS18B20輸出是數(shù)字量，有時(shí)候根據(jù)需要可能需要模擬量信號，所以我們可以在設(shè)計(jì)時(shí)加入AD590、LM35DZ等輸出為模擬量的溫度傳感器的接口。它是美國Dallasgon公司繼DS1820之后推出的增強(qiáng)型單總線數(shù)字溫度傳感器。SJA1000是Philips半導(dǎo)體公司PCA82C200 CAN控制器（BasicCAN）的替代產(chǎn)品，功能更強(qiáng)，主要用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制[2]。單片機(jī)與PC機(jī)通信電路設(shè)計(jì)中我們采用RS232通信協(xié)議，這時(shí)我們可以使用MAX232系列芯片實(shí)現(xiàn)兩者之間的電平轉(zhuǎn)換。因此我們可以將主節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為單片機(jī)與PC機(jī)通信電路設(shè)計(jì)和單片機(jī)與CAN控制器接口電路的設(shè)計(jì)，可以將從節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為溫度采集電路設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)顯示電路設(shè)計(jì)和單片機(jī)與CAN控制器接口電路的設(shè)計(jì)。主節(jié)點(diǎn)所實(shí)現(xiàn)的主要功能有：可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間的通信；可以實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)基于CAN通信協(xié)議格式的通信。2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)也就是下位機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。通過加強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而降低維修、維護(hù)的成本。通信方式的擴(kuò)展，由CAN總線的形式擴(kuò)展到RS23RS48USB等。同時(shí)，由于CAN總線的系統(tǒng)靈活，其節(jié)點(diǎn)可以在不要求現(xiàn)存節(jié)點(diǎn)及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖蛴布那闆r下，接入CAN網(wǎng)絡(luò)，大大提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)充的能力。所以，基于CAN 的分布式測控系統(tǒng)適合各種規(guī)模的應(yīng)用場合，由于CAN現(xiàn)場總線采用非破壞總線仲裁技術(shù)，大大節(jié)省了總線沖突的仲裁時(shí)間，尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下，也能穩(wěn)定通訊，不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4）基于上述要求，使用C語言或者匯編語言完成下位機(jī)程序驅(qū)動(dòng)，使用VB或VC語言或用C+API（應(yīng)用程序接口調(diào)用）實(shí)現(xiàn)上位機(jī)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，要盡量保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性以及實(shí)用性。在實(shí)現(xiàn)基本要求的基礎(chǔ)上盡量將控制界面設(shè)計(jì)的美觀。主節(jié)點(diǎn)可以與上位機(jī)通信也可以與從節(jié)點(diǎn)通信，從而實(shí)現(xiàn)將從節(jié)點(diǎn)的溫度值傳給上位機(jī)和將上位機(jī)發(fā)送來的命令信息傳給從節(jié)點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)由上位機(jī)進(jìn)行控制，比如要啟動(dòng)某節(jié)點(diǎn)溫度測量或者控制某節(jié)點(diǎn)上電動(dòng)機(jī)的啟停時(shí)只需發(fā)送通過上位機(jī)發(fā)送相關(guān)命令信息即可。要求系統(tǒng)至少包含兩個(gè)溫度采集和控制點(diǎn)，并且這兩節(jié)點(diǎn)處的溫度值可以經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)中的主節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)傳到上位機(jī)。隨著無線技術(shù)的完善和將無線技術(shù)應(yīng)用到CAN總線系統(tǒng)中研究的不斷深入，可以樂觀地預(yù)計(jì)，未來CAN總線技術(shù)的應(yīng)用將無處不在，虛擬的CAN總線即將誕生。CDMA、GPRS、藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展己將它們連接在一起。隨著現(xiàn)代通信行業(yè)的發(fā)展，無線通信技術(shù)越來越多地應(yīng)用在過去是有線通信統(tǒng)治的領(lǐng)域。2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢目前，CAN接口芯片的生產(chǎn)廠家眾多，協(xié)議開放，價(jià)格低廉，并且使用簡單。有些場合控制過程復(fù)雜，測控點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，不適合人工現(xiàn)場操作，因此為了保證溫度測控的準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)，近年來廣泛采用自動(dòng)溫度測控系統(tǒng)來代替人工進(jìn)行溫度測控。CAN總線的溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一章 緒論1. 概述在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、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(jìn)行測量及控制。準(zhǔn)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(guān)重要的。本次設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)出一種自動(dòng)溫度采集與控制系統(tǒng)，要求該系統(tǒng)的溫度采集模塊不僅可以按照設(shè)定獨(dú)立地進(jìn)行溫度采集，而且能夠?qū)⒎植荚诓煌攸c(diǎn)的溫度測控模塊通過CAN現(xiàn)場總線連接起來，接入PC機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控和管理。可以預(yù)計(jì)，CAN總線將成為今后眾多領(lǐng)域的發(fā)展方向。CAN總線這種有線通信方式也將與無線技術(shù)相結(jié)合，開拓其新的應(yīng)用天地。CDMA、GPRS、藍(lán)牙是一種無線技術(shù)規(guī)范，其設(shè)計(jì)宗旨是以無線方式傳輸數(shù)據(jù)，從而為廣泛的移動(dòng)計(jì)算、通信和其他設(shè)備提供一種更加簡單的方式，使其無需線纜即可與另外一臺設(shè)備進(jìn)行通信。3. 設(shè)計(jì)任務(wù)運(yùn)用所學(xué)專業(yè)課知識設(shè)計(jì)出一個(gè)基于CAN總線的溫室控制系統(tǒng)。上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后在顯示器上顯示溫度值，并可以根據(jù)此溫度值發(fā)送命令控制電動(dòng)機(jī)的啟停。系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體要求如下：1）要求網(wǎng)絡(luò)中從節(jié)點(diǎn)可以準(zhǔn)確的測量現(xiàn)場的溫度值，并能夠?qū)囟戎低ㄟ^CAN通信協(xié)議格式傳給網(wǎng)絡(luò)中的主節(jié)點(diǎn)。2）上位機(jī)要求能夠準(zhǔn)確及時(shí)的顯示下位機(jī)從節(jié)點(diǎn)所上傳溫度值，并能夠發(fā)送命令來控制下位機(jī)的運(yùn)行狀況。3）基于上述要求，使用Protel99se繪制出系統(tǒng)硬件原理圖。4. 論文研究的意義本系統(tǒng)采用CAN 現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊，由于一條CAN總線上的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，實(shí)際應(yīng)用則主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)。CAN 協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則1）擴(kuò)展性能下位機(jī)系統(tǒng)板能動(dòng)態(tài)擴(kuò)展多種用戶接口、其他溫度傳感器等。2）成本控制設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡量使用成熟的、通用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，降低軟硬件投入及人力成本。3）性能要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，用于現(xiàn)場時(shí)，應(yīng)該能夠做到上位機(jī)控制界面與下位機(jī)系統(tǒng)所在溫度采集與控制點(diǎn)通信正常，并且保證通信過程中數(shù)據(jù)的安全性、可靠性、準(zhǔn)確性。我們可以將系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分為主節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和從節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。從節(jié)點(diǎn)所實(shí)現(xiàn)的主要功能有：可以測量節(jié)點(diǎn)所處環(huán)境的溫度并能顯示溫度值；可以與主節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)基于CAN通信協(xié)議格式的通信。鑒于以上分析，進(jìn)行下位機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)我們的單片機(jī)芯片使用51系列STC89C52單片機(jī)，該單片機(jī)工作性能穩(wěn)定，同時(shí)也是在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用到的控制芯片。設(shè)計(jì)單片機(jī)與CAN控制器接口電路時(shí)我們采用SJA1000獨(dú)立CAN控制器。溫度采集電路中所使用的溫度傳感器我們選用DS18B20。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大改進(jìn)。顯示電路設(shè)計(jì)中我們采用四位共陰極數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)采集到的該節(jié)點(diǎn)溫度值的顯示。各部分電路大體確定后，我們使用Protel 99 SE來繪制原理圖，檢查錯(cuò)誤并修改。 系統(tǒng)軟件件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括上位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和下位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)分為主節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)和從節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)。從節(jié)點(diǎn)軟件主要實(shí)現(xiàn)根據(jù)命令作出相應(yīng)的動(dòng)作的功能，比如，采集溫度、啟停電動(dòng)機(jī)等。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖31所示， 系統(tǒng)主要由從機(jī)CAN節(jié)點(diǎn)、CAN總線、主機(jī)CAN232節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)三部分所構(gòu)成。圖31 基于主從式CAN總線的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架2. 單片機(jī)與CAN控制器接口電路在本系統(tǒng)中基于CAN總線通信協(xié)議的節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的通信是至關(guān)重要的。 SJA1000內(nèi)部結(jié)構(gòu)SJA1000的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖32所示，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。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 BUS。RXFIFO最多可以緩存64字節(jié)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可被CPU讀取。 圖32 SJA1000內(nèi)部結(jié)構(gòu) SJA1000的管腳圖及管腳說明SJA1000的芯片引腳排列與名稱如圖33所示。了解了SJA1000的引腳定義我們就可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)出關(guān)于SJA1000的應(yīng)用電路。表31 SJA1000管腳說明符號引腳說明AD7AD02,1,2823多路地址/數(shù)據(jù)復(fù)合總線ALE/AS3ALE輸入信號（Intel模式），AS輸入信號（ Motorola模式）/CS4片選輸入，低電平允許訪問SJA1000(/RD)/E5微控制器的/RD信號Intel模式或E使能信號Motorola模式/WR6微控制器的/WR信號Intel模式或RD//WR信號Motorola模式CLKOUT7SJA1000產(chǎn)生的提供給微控制器的時(shí)鐘輸出信號，時(shí)鐘信號來源于內(nèi)部振蕩器且通過編程驅(qū)動(dòng)，時(shí)鐘控制寄存器的時(shí)鐘關(guān)閉位可禁止該引腳VSS18接地XTAL19輸入到振蕩器放大電路，外部振蕩信號由此輸入XTAL210振蕩放大電路輸出，使用外部振蕩信號時(shí)左開路輸出MODE11模式選擇輸入：1=Inter模式；0=Motorola模式VDD312輸出驅(qū)動(dòng)5V電壓源TX013從CAN輸出驅(qū)動(dòng)器0輸出到物理線路上TX114從CAN輸出驅(qū)動(dòng)器0輸出到物理線路上VSS315輸出驅(qū)動(dòng)器接地/INT16中斷輸出,用于中斷微控制器 /INT在內(nèi)部中斷寄存器各位都被置位時(shí)低電平有效 /INT是開漏輸出且與系統(tǒng)中的其它/INT是線或的，此引腳上的低電平可以把IC從睡眠模式中激活/RST17復(fù)位輸入用于復(fù)位CAN接口，低電平有效，把/RST引腳通過電容連到VSS通過電阻連到VDD可自動(dòng)上電復(fù)位，例如C=1uF；R=50kΩVDD218輸入比較器的5V電壓源續(xù)表31符號引腳說明RX0,RX119,20從物理的CAN總線輸入到SJA1000的輸入比較器，支配控制電平將會喚醒SJA1000的睡眠模式，如果RX1比RX0的電平高就讀支配控制電平反之讀弱勢電平，如果時(shí)鐘分頻寄存器的CBP位被置位就旁路CAN輸入比較器以減少內(nèi)部延時(shí)，此時(shí)連有外部收發(fā)電路這種情況下只有RX0是激活的，弱勢電平被認(rèn)為是高而支配電平被認(rèn)為是低VSS221輸入比較器的接地端VDD122邏輯電路的5V電壓源注：XTAL1和XTAL2引腳必須通過15pF的電容連到VSS1。設(shè)計(jì)時(shí)，可將SJAl000的RD、WR、ALE分別和AT89C5l的對應(yīng)引腳相連，INT接AT89C51的INT0，這樣，CPU可以通過中斷方式來訪問SJAl000。從圖中可以看出，電路主要由四部分所構(gòu)成：微控制器89C5獨(dú)立CAN通信控制器SJA1000 CAN、總線收發(fā)器82C250和高速光電耦合器6N137。為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，SJAl000的TX0和RX0并不直接和收發(fā)器82C250的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后再和82C250相連，這樣就可以很好的實(shí)現(xiàn)各CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。3. 單片機(jī)與PC機(jī)的通信電路本通信過程采用RS232方式進(jìn)行，由于單片機(jī)中的UART和電腦串口RS232的區(qū)別僅在于電平的不同，電腦串口采用232電平，而單片機(jī)UART則采用TTL電平，如果不進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，單片機(jī)跟電腦串口就不能進(jìn)行直接通信，RS232是UART的一種就意味著通信協(xié)議的格式是一樣的，只要電平統(tǒng)一了，兩者之間就可以直接通信，此處應(yīng)用了MAX232這一芯片，MAX232對兩者之間通信的數(shù)據(jù)沒有任何作用，僅僅是中介而已，而其只是負(fù)責(zé)將兩者之間的電平進(jìn)行統(tǒng)一，使兩者之間沒有通信障礙[5]。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭