【正文】 JA1000CAN 控制器設計開發(fā)基于智能節(jié)點的 CAN 網絡，實時監(jiān)測各個節(jié)點狀態(tài)并發(fā)送狀態(tài)信息。指 導 教 師 （ 簽 字 ） 教 研 室 主 任 （ 簽 字 ）批 準 日 期 2022 年 1 月 5 日接 受 任 務 書 日 期 2022 年 1 月 9 日完 成 日 期 2022 年 6 月 15 日 接 受 任 務 書 學 生 （ 簽 字 ） 基于 CAN 總線的溫度檢測系統(tǒng)IV基于 CAN 總線的溫度檢測系統(tǒng)摘 要 本設計以AT89S51單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設計方法來研究CAN總線測控系統(tǒng)間數(shù)據(jù)通信、結構靈活、通用性號。選用SJA1000作為CAN總線的控制器與82C250芯片設計了CAN總線接口模塊。全文整理 CAN 總線溫度檢測系統(tǒng)基本原理、發(fā)展歷史以及介紹與 CAN 總線相關設計方法，介紹了所用的元器件的介紹，并設計了 CAN 總線節(jié)點設計電路，設計時鐘電路和復位電路。溫度檢測無論在醫(yī)療電子領域還是工業(yè)控制領域應用都非常廣泛，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制，醫(yī)療電子領域的生化分析儀等，內部都涉及到溫度控制，具有特別廣闊的前景。隨著單片機技術的飛速發(fā)展，通過單片機對被控對象進行控制日益成為今后自動控制領域的一個重要發(fā)展方向。 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20只用一個引腳即可與單片機進行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機更加具有擴展性。更能串接多個數(shù)字溫度傳感器 DS18B20進行范圍的溫度檢測。 本文采用 DS18B20測溫芯片作為傳感器，使用 CAN 總線標準，設計溫度測試體統(tǒng)，該系統(tǒng)精度高，可靠性好，結構簡單，成本底，用于各種檢測溫度場合。它是應用在生產最底層的一種總線型拓撲的網絡，是用作現(xiàn)場控制系統(tǒng)的、直接與所有受控節(jié)點串行相連的通信網絡。在 20 世紀 80 年代初，工程人員開始討論現(xiàn)有的總線系統(tǒng)運用于轎車的可能性。今天幾乎每一輛在歐洲誕生的新轎車都至少裝配有一個 CAN 網絡系統(tǒng)。由于 CAN 總線具有多主方式工作、非破壞總線仲裁、直接通訊距離遠、通信介質靈活、性價比高等特點，其應用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而擴展到了機械工業(yè)、紡織機械、農業(yè)機械、機器人、數(shù)控機床、家用電器等領域發(fā)展。對于 CAN 總線的開發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義。因此在現(xiàn)代的生產和生活中對溫度進行監(jiān)測便有了十分重要的意義。為了克服這些缺點，本文提出了將目前最有前途之一的 CAN 總線技術與數(shù)字化傳感器技術結合起來的設計思想，實現(xiàn)了基于 CAN 總線的智能化溫度檢測系統(tǒng) [5]。溫度是生產過程和科學試驗中普遍存在的物理量,許多領域都需要對溫度進行監(jiān)控。本文研究的溫度檢測系統(tǒng)就是為了完成本單位溫度檢測工作。精度問題是本系統(tǒng)需要解決的一個非常重要的問題,要求檢測精度達到177。用 DSl8820 溫度傳感器對測量點的溫度進行采集，可測量多點溫 DSl8820 溫度，單片機負責將采集到的各溫度值進行處理，然后將測量值傳輸?shù)?CAN 總線上，多個 CAN總線通信系統(tǒng)可構成 CAN 總線通信網絡，彼此進行通信，溫度監(jiān)測系統(tǒng)作為網絡中的一個智能節(jié)點，CAN 總線系統(tǒng)很容易擴展成多點的溫度監(jiān)測網絡，以實現(xiàn)對較大系統(tǒng)的溫度實時監(jiān)測任務。安徽工程大計（論文） 3 第 2 章 系統(tǒng)設計的基本方案 設計的主要思路整個系統(tǒng)智能節(jié)點和一臺主控制器組成。智能節(jié)點每個 1 秒采集一次溫度值，將采集到的溫度值在本機顯示并通過 CAN總線傳輸?shù)街骺刂破鳌? 溫度檢測的總體方案設計 根據(jù)應用場合的需要，本溫度測控系統(tǒng)主要完成的功能有：對熱電偶溫度傳感器Pt100 的信號進行檢測；利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 對溫度的檢測；現(xiàn)場 LED 顯示數(shù)字溫度信號以及鍵盤控制功能；主站通過 CAN 總線與下位機通信,實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的監(jiān)控。設計系統(tǒng)結構圖如圖 21： 圖 21 系統(tǒng)結構圖 上位機電平轉換 收發(fā)節(jié)點 溫度節(jié)點 速度節(jié)點 CAN 總線基于 CAN 總線的溫度檢測系統(tǒng) 4 第 3 章 CAN 總線溫度檢測系統(tǒng)的硬件及設計 CAN 總線的介紹 CAN 總線是德國一家公司在 20 世紀 80 年代初為解決汽車中大量的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。本文介紹了一種基于 CAN 總線的智能溫、濕度檢測系統(tǒng)，可應用于不同的工業(yè)自動化領域。與一般的通信總線相比,CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由于CAN 總線本身的特點,CAN 已經形成國際標準,并已被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一 [3]。另外,與其它現(xiàn)場總線比較而言,CAN 總線是具有通信速率高、容易實現(xiàn)、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標準的現(xiàn)場總線。CAN 通信的特點 ：(1) CAN 是到目前為止唯一具有國際標準且成本較低的現(xiàn)場總線；(2) CAN 廢除了傳統(tǒng)總線的站地址編碼，對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼，為多主方式工作，不分主從，通信方式靈活，通過報文標識符通信，可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，無需站地址等節(jié)點信息。尤其是在網絡負載很重的情況下也不會出現(xiàn)網絡癱瘓情況(以太網則有可能出現(xiàn)這種情況)。(5) CAN 的直接通信距離最遠可達 10km(速率 5kbps 以下)；通信速率最高可lambs(此時通信距離最長為 40m)；(6) CAN 上的節(jié)點數(shù)最多可達 110 個(主要取決于總線驅動電路)。(8) CAN 的每幀信息都有 CRC 校驗及其他檢錯措施，降低了數(shù)據(jù)出錯率，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。(10) CAN 的通信介質可使用雙絞線作為傳輸介質，價格低廉，可靠性強。89S51 采用 新工藝，成本降低,而且將功能提升,增加了競爭力。AT89S51 提供一下標準功能：4K 字節(jié) Flash 閃速存儲器，128 字節(jié)內部 RAM,32 個I/O 口線，看門狗（WDT） ，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位定時/計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及診斷系統(tǒng)工作。 圖 31 AT89S51 單片機引腳圖 AT89S51 具有如下特點：40 個引腳，4k Bytes Flash 片內程序存儲器，128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器,2 個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器?？臻e模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。 　　1．主要特性： 　?。?） 8031 CPU 與 MCS51 兼容 基于 CAN 總線的溫度檢測系統(tǒng) 6 　?。?） 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器(壽命：1000 寫/擦循環(huán)) 　?。?） 全靜態(tài)工作：0Hz33MHz 　?。?） 三級程序存儲器保密鎖定 　?。?） 128*8 位內部 RAM 　?。?） 32 條可編程 I/O 線 　　（7） 兩個 16 位定時器/計數(shù)器 　?。?） 6 個中斷源 　?。?） 可編程串行通道 　　（10） 低功耗的閑置和掉電模式 　?。?1） 片內振蕩器和時鐘電路 　　2．管腳說明： 　　VCC：供電電壓。 　　P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。 　　P1 口：P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當 P3 口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。 　　 RXD（串行輸入口） 　　 TXD（串行輸出口） 　　 /INT0（外部中斷 0） 　　 /INT1（外部中斷 1） 　　 T0（記時器 0 外部輸入） 　　 T1（記時器 1 外部輸入） 　　 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 　　 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 　　P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內容讀入到內部總線，經過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。安徽工程大計（論文） 7 上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器 CPU 將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。若先執(zhí)行置 1 操作，則可以使場效應管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時還必須附加一個準備動作，所以這類 I/O 口被稱為準雙向口。接下來讓我們再看另一個問題，從圖中可以看出這四個端口還有一個差別，除了 P1 口外 P0P2P3 口都還有其他的功能。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時，/EA 將內部鎖定為 RESET；當/EA 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。 　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 　　AT89SXX 系列單片機實現(xiàn)了 ISP 下載功能，故而取代了 89CXX 系列的下載方式，也是因為這樣，ATMEL 公司已經停止生產 89CXX 系列的單片機，現(xiàn)在市面上的 AT89CXX多是停產前的庫存產品。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式 [11]。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結構更趨簡單，可靠性更高。 DS18B20 產品的特點基于 CAN 總線的溫度檢測系統(tǒng) 8 　　（1） 只要求一個端口即可實現(xiàn)通信?！　。?） 實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。C 到＋125?！　。?） 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。 圖 32 DS18B20 外形結構圖 DS18B20 內部結構主要由四部分組成：64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。　　 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。表 31 DS18B20 內部結構 [11] 64 位ROM 和單總線接口儲存器和控制邏輯暫存器 溫度傳感器上線觸發(fā) TH上線觸發(fā) TH高速寄存器8 位 CRC 產生器電源控制器VPUDQGNDVDD內部 VDDDS18B20安徽工程大計（論文） 9 上表 31 表示 DS18B20 的方框圖，上圖已經給出了引腳說明。高速暫存器含有兩個字節(jié)的溫度寄存器，這兩個寄存器用來存儲溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。配置寄存器允許用戶將溫度的精度設定為9，10，11 或 12 位。 DS18B20 通過達拉斯公司獨有的單總線協(xié)議依靠一個單線端口通訊。在這個總線系統(tǒng)中，微控制器（主器件）依靠每個器件獨有的 64 位片序列碼辨認總線上的器件和記錄總線上的器件地址。單總線協(xié)議，包括指令的詳細解釋和“時序”。DS18B20 寫 0 時序和寫1 時序的要求不同，當要寫 0 時序時，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO 總線上的“0”電平，當要寫 1 時序時，單總線被拉低之后，在 15us 之內就得釋放單總線。DS18B20 的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在 15 秒之內就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 圖 34 DS18B20 的讀時序基于 CAN 總線的溫度檢測系統(tǒng) 10 收發(fā)器，控制器與光耦合器CAN 總線驅動器 PCA82C250CAN 總線驅動器 PCA82C250 主要提供 CAN 控制器與物理總線之間的接口 [6]。 圖 35 PCA82C250 收發(fā)器CAN 總線控制器 SJAl000 是 PHILIPS 公司推出的一種高性能的 CAN 總線控制器，它不僅和PCA82C200