【正文】 ..............52附錄 B.......................................................................................................................................52CAN 節(jié)點(diǎn)部分程序 ...........................................................................................................52附錄 C.......................................................................................................................................66C1 濕度的計算 ................................................................................................................66C2 除濕控制 ....................................................................................................................67C3 熏蒸控制 ....................................................................................................................68附錄 D.......................................................................................................................................68D1 WINIO 模塊申明 .........................................................................................................68D2 CAN 適配器實(shí)物圖 .....................................................................................................69 IV 1 第一章 概 論 課題研究的背景和意義糧食問題歷來是關(guān)系國家國計民生和經(jīng)濟(jì)安全的重大戰(zhàn)略性問題。同時由于該系統(tǒng)采用了 CAN 總線作為通訊網(wǎng)絡(luò)，大大提高了系統(tǒng)內(nèi)部的速率和實(shí)時性。監(jiān)控管理機(jī)采用組態(tài)王軟件使操作更加方便，系統(tǒng)直觀。溫度采集選擇了 DS18B20 一線制數(shù)字傳感器，濕度選擇了 HS1101電容式傳感器，均采用數(shù)字信號進(jìn)行采集，不存在由模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、測量精度高、一致性好、無需任何調(diào)整、信號線長短不會影響其性能等優(yōu)點(diǎn)。而整個系統(tǒng)主要完成了三部分的設(shè)計：下位機(jī) CAN 節(jié)點(diǎn)和參數(shù)采集控制設(shè)計，EPP 并口協(xié)議的 CAN 通訊適配器的設(shè)計以及組態(tài)王的組態(tài)設(shè)計。從而提高糧情監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性，擴(kuò)大糧情監(jiān)測的功能。本文在分析當(dāng)前糧庫監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，提出了基于 CAN 總線和組態(tài)王的糧庫監(jiān)控系統(tǒng)。 I 摘 要 基于 CAN 總線和組態(tài)王的糧庫監(jiān)控系統(tǒng)的研究 糧食問題是一個關(guān)系到國計民生的重大問題，在糧食的存儲過程中糧庫起著極為重要的作用。特別對于我國這樣一個世界第—糧食大國，糧食安全的特殊性，倉容嚴(yán)重不足的現(xiàn)實(shí)，決定了我國糧庫建設(shè)是一項長期任務(wù)。來實(shí)現(xiàn)糧庫內(nèi)外溫度，濕度，蟲害情況等參數(shù)進(jìn)行采集和控制。該系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。下位機(jī) CAN 節(jié)點(diǎn)硬件采用 AT89S52 和 SJA1000 來完成，軟件利用匯編語言實(shí)現(xiàn)。利用 PC 機(jī)的高級語言 VB 控制 EPP 并口來實(shí)現(xiàn)與 CAN 總線的通訊，具有開發(fā)成本低及運(yùn)行速度較快的特點(diǎn)。能很好的模擬現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的全面監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制。將具有很好的應(yīng)用前景。2022 年 10 月，中共中央首次正式提出國家糧食安全體系問題。2022 年和 2022 年，國務(wù)院更是先后以中央 1 號文件的方式，對糧食安全問題給予了高度重視。為了適應(yīng)糧食儲藏技術(shù)現(xiàn)代化的發(fā)展，一批自主開發(fā)、先進(jìn)實(shí)用的糧食儲藏專用新技術(shù)、新裝備，得到了全面推廣和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，大大提升了我國糧食儲藏技術(shù)水平。在“四項”儲糧新技術(shù)（谷物冷卻、機(jī)械通風(fēng)、環(huán)流熏蒸、糧情測控）中，其中糧情監(jiān)控是基礎(chǔ)，是關(guān)鍵，它是各項儲糧技術(shù)運(yùn)行狀態(tài)的觀察者和運(yùn)行結(jié)果的真實(shí)反映者。而糧食儲存在倉庫里易受溫度、濕度及其它環(huán)境因素的影響，可能出現(xiàn)發(fā)熱、霉變、蟲害等情況。建立合理的糧庫監(jiān)控系統(tǒng)。 國內(nèi)外糧庫監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢 [11]糧食作為我國重要的戰(zhàn)略資源，由于其生產(chǎn)的季節(jié)性，因此糧食的存儲是關(guān)系到國計民生的大事。對于大型糧庫的檢測情況這些問題更是突出。后來國內(nèi)有關(guān)廠家研制出了糧倉溫度，濕度測試儀等，但一般只適合單一倉庫的檢測，不能實(shí)現(xiàn)對整個糧庫糧情參數(shù)的集中顯示，管理和控制。計算機(jī)廣泛用于糧庫監(jiān)控，現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)的糧庫都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)糧情測控系統(tǒng)的應(yīng)用。當(dāng)總線加長或節(jié)點(diǎn)增多時需要使用中繼器連接，全網(wǎng)絡(luò)支持最多256個節(jié)點(diǎn)。但由于RS485總線技術(shù)不支持多主結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)容量、通訊距離等方面具有很大的局限性，所以隨著現(xiàn)代化大型糧食儲備庫的逐年增多，RS485通訊方式顯得愈來愈力不從心。它以電力線路為傳輸通道，電力線和信號線合一，不需要另外布置信號線。電力載波通訊利用現(xiàn)有庫區(qū)交流電源線作為通訊線路，不必申請付費(fèi)專用頻道優(yōu)勢明顯。加之和其它新興通信手段共存，更顯示出了其局限。 2（3）基于無線通訊技術(shù)的糧庫監(jiān)控系統(tǒng)基于無線通訊技術(shù)的糧庫監(jiān)控系統(tǒng)主要有基于無線收發(fā)芯片發(fā)射電路的糧庫監(jiān)控系統(tǒng)，基于GSM 技 術(shù) 的 糧 庫 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 以 及 基 于 GPRS技 術(shù) 的 糧 庫 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 。這類設(shè)計滿足無線管制要求，無須使用許可證。系統(tǒng)安裝、維護(hù)方便，可靠性高。現(xiàn)主要用于糧庫的溫度檢測。2） 基于GSM技術(shù)的糧庫監(jiān)控系統(tǒng) [13]GSM技 術(shù) 采用撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式。缺點(diǎn)是傳輸過程采用排隊處理?？捎糜趥鬏斨芷谳^長，數(shù)據(jù)量不大的數(shù)據(jù)傳輸。適合于中小型糧庫監(jiān)控系統(tǒng)。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS數(shù)據(jù)傳輸具有“永遠(yuǎn)在線” ， “快速登錄” ， “高速傳輸” ， “按量收費(fèi)”等優(yōu)點(diǎn)。（4） 基于TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以態(tài)網(wǎng)的糧庫監(jiān)控系統(tǒng) [6]TCP/IP（傳輸入控制地議/網(wǎng)際協(xié)議）是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，它規(guī)范了網(wǎng)絡(luò)上的所有通信設(shè)備，尤其是一個主機(jī)與另一個主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸格式以及傳送方式。具有更高的通訊帶寬，能方便的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層與企業(yè)管理層之間的無縫連接。這些現(xiàn)象表明：基于TCP/IP的工業(yè)以態(tài)網(wǎng)將在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中成為很重要的一部分。一般可以和其他總線混合應(yīng)用。（5） 基于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的糧庫監(jiān)控系統(tǒng) 現(xiàn)場總線技術(shù)是一個全新的總線技術(shù)，是一種應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備之間，現(xiàn)場設(shè)備與控制之間實(shí)行雙向，串行，多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通訊的技術(shù)。目前國內(nèi)糧情監(jiān)控系統(tǒng)主要采用了三種現(xiàn)場總線：LONWORKS總線技術(shù)，PROFIBUS總線 [5]和CAN 總線 [20][21]技術(shù)。LonTalk協(xié)議由各種允許網(wǎng)絡(luò)上不同設(shè)備彼此間智能通信的底層協(xié)議組成。其總線開放、可靠性高、最大通信距離可達(dá)2700米。2） PROFIBUS總線也是參考ISO/OSI 模型。最大傳輸距離在，可用中繼器延長至10千米，最多可掛接127個站點(diǎn)。CAN總線技術(shù)具有先進(jìn)的多主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通訊距離遠(yuǎn)、價位低、可靠性高、系統(tǒng)容量大等優(yōu)點(diǎn)。CAN現(xiàn)場總線技術(shù)的另一個優(yōu)點(diǎn)是可以大大節(jié)約連接導(dǎo)線以及安裝維護(hù)費(fèi)用，使得整個系統(tǒng)在大大提高系統(tǒng)整體性能的同時具有很高的性能價格比。但還存在一些不足的地方：（1） 現(xiàn)場采集抗干擾能力差。其溫度轉(zhuǎn)換信號易受工業(yè)及其它雜波信號干擾，影響測溫數(shù)據(jù)和系統(tǒng)穩(wěn)定性。有的監(jiān)測的對象往往比較單一，比如有的只有溫度或濕度監(jiān)測，很少涉及蟲害等其它參數(shù)的監(jiān)測。在高溫雷雨季節(jié)或?qū)嵤┭籼幚砗笙到y(tǒng)檢測元件出現(xiàn)短路、斷路或數(shù)值過高、過低。究其原因主要是因為一些電子元器件的防腐蝕、防雷擊、防靜電等的技術(shù)處理不完善。增加了損壞數(shù)量。沒有建立一個完善的自動化監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)，檢測的數(shù)據(jù)利用率不高。一些分批建設(shè)的糧庫。幾套糧情測控系統(tǒng)之間互不兼容，造成國家建設(shè)資金浪費(fèi)。 糧庫監(jiān)控發(fā)展趨勢 [19]（1） 傳感器的集成化、數(shù)字化和智能化。隨著傳感器制造技術(shù)的發(fā)展，集成化、數(shù)字化和智能化的傳感器成本必然降低，易于推廣，這樣糧情測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)將發(fā)生根本性的改變。（3） 數(shù)據(jù)分析的智能化：能夠完成對檢測數(shù)據(jù)的圖形、圖表顯示、分析、查詢，并能根據(jù)對糧情數(shù)據(jù)的分析結(jié)論，提供相應(yīng)的警告、建議等。（4） 糧庫監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。多媒 4體和集散糧情測控系統(tǒng)可將糧情多媒體信息(如儲糧害蟲密度等)進(jìn)行采集、監(jiān)視、傳輸，以及綜合分析處理和管理，提高糧食儲藏技術(shù)的管理和自動化水平；同時利用局域網(wǎng)/因特網(wǎng)的實(shí)時狀態(tài)查詢和設(shè)備監(jiān)控。逐步建立起集糧情檢測、糧情分析與糧情控制于一體的集成化糧情測控系統(tǒng)，提高糧食儲藏的現(xiàn)代化水平。這里我們主要對糧庫在內(nèi)外溫度濕度以及蟲害進(jìn)行檢測和控制。為以后擴(kuò)展作好準(zhǔn)備。網(wǎng)絡(luò)具有布線方便、經(jīng)濟(jì)等。信號傳輸過程的衰減不會影響系統(tǒng)精度，且傳輸距離長。 本課題主要要完成以下幾方面的工作（1）：分析當(dāng)前糧庫監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢，為設(shè)計作好理論依據(jù)。（3）：管理控制部分的組態(tài)設(shè)計和數(shù)據(jù)庫管理。第二章：CAN總線簡介CAN 總線（SJA1000 Area Network）即控制器局域網(wǎng)，由德國 BOSCH 公司 20 世紀(jì) 80年代推出。遵從 OSI 模型，劃分為物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。利用這一特點(diǎn)可以方便的構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。s 內(nèi)得到傳輸。當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點(diǎn)會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)可以不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大的節(jié)省了總線沖突仲裁時間，尤其在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況（以太網(wǎng)則有可能會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓） 。（4）CAN 只需通過報文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度” 。直接通訊距離達(dá)到10km（速度 5Kbit/s 以下） ；通信速率最高可達(dá) 1Mbit/s（此時的通訊距離最長為 40M） 。（7）CAN 采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。遠(yuǎn)程幀：總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀。過載幀：過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）之間提供一附加的延時。 數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由 7 個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC 場、應(yīng)答場、幀結(jié)束。具體組成如圖 圖 （1）幀起始： 以一個比特的顯位出現(xiàn)，只有在總線處于空閑狀態(tài)時，才允許開始發(fā)送。識別符：識別符的長度為 11 位。最低位是 ID0。RTR 位：該位在數(shù)據(jù)幀里必須為“顯性” ，而在遠(yuǎn)程幀里必須為“隱性” 。所發(fā)送的保留位必須為“顯性” 。數(shù)據(jù)長度代碼：數(shù)據(jù)長度代碼指示了數(shù)據(jù)場中字節(jié)數(shù)量。如圖 。它可以為 0～8 個字節(jié)，每字節(jié)包含了 8 個位，首先發(fā)送 MSB。應(yīng)答場長度為 2 個位，包含應(yīng)答間隙（ ACK SLOT）和應(yīng)答界定符（ ACK DELIMITER） 。當(dāng)接收器正確地接收到有效的報文，接收器就會在應(yīng)答間隙（ACK SLOT）期間（發(fā)送 ACK 信號）向發(fā)送器發(fā)送一“顯性”的位以示應(yīng)答。這個標(biāo)志序列由 7 個“隱性”位組成。遠(yuǎn)程幀由 6 個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC 場、應(yīng)答場、幀結(jié)束。它沒有數(shù)據(jù)場，數(shù)據(jù)長度代碼的數(shù)值是不受制約的（可以標(biāo)注為容許范圍里 0...8 的任何數(shù)值） 。如圖 。第一個場用作為不同站提供的錯誤標(biāo)志（ERROR FLAG）的疊加。如圖 圖 超載幀超載幀包括兩個位場：過載標(biāo)志和過載界定符。2. 間歇場期間檢測到一“顯性”位。而由過載條件 2 引發(fā)的過載幀應(yīng)起始于所檢測到“顯性”位之后的位。前 3 個字節(jié)為信息部分。第 7 位（FF）表示幀