【正文】 于發(fā)展的初級(jí)階段，所采用的僅僅是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，只具備簡(jiǎn)單測(cè)控功能的基于 啟動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的基地式氣動(dòng)儀表。 20 世紀(jì) 60 年代，隨著企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，操作 人員需要綜合掌握多點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)和信息，需要同時(shí)按多點(diǎn)的信息實(shí)行操作控制，因此出現(xiàn)了氣動(dòng)、電動(dòng)單元組合式儀表，形成了集中控制室。操作人員可以在控制室內(nèi)觀察生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的狀況，可以把各單元儀表的信號(hào)按需要組合成復(fù)雜測(cè)控系統(tǒng) [4]。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程控制最早的一種類型。計(jì)算機(jī)對(duì)這些輸入量進(jìn)行計(jì)算 處理（如數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、越限報(bào)警等），并按需要進(jìn)行顯示和打印輸出 [5]。由于計(jì)算機(jī)具有速度、運(yùn)算方便等特點(diǎn)，在過(guò)程參數(shù)的測(cè)量和記錄中可以代替大量的常規(guī)顯示和記錄儀表，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視。 課題來(lái)源 畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇此課題的主要原因有二 ： 1．現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一 ,被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。 CAN 總線有一定的了解，如今 CAN 總線的應(yīng)用不僅僅局限于汽車控制行業(yè)，更多的向自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展。 基于在這種情況下導(dǎo)師希望我們接觸 CAN 總線以及它廣大發(fā)展前景的的運(yùn)用來(lái)更好的處理自動(dòng)化領(lǐng)域的數(shù)據(jù)有效傳輸。當(dāng)時(shí)，由于消費(fèi)者對(duì)于汽車功能的要求越來(lái)越高，而對(duì)于這些功能的實(shí)現(xiàn)大多都是基于電子器件的操作，這就使得電子裝置間的通訊越來(lái)越復(fù)雜，同時(shí)意味著需要更多的控制連接芯導(dǎo)線。于是他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件都可以掛接在總線上。 CAN 是一種多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，高抗干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。 論文主要工作 硬件方面：基于 CAN總線的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要是采用一個(gè)主監(jiān)視器及多個(gè)溫度采集點(diǎn)構(gòu)成。 保障硬件方面的安全可靠以及經(jīng)濟(jì)合理。著手由于各接點(diǎn)的功能相對(duì)單一，同時(shí)對(duì) CPU 的要求相 對(duì)較低，采用不僅僅只是功能堆積的 PIC18F 系列單片機(jī)。 4 采用 CTM8251 收發(fā)器。 軟件方面：完成總線協(xié)議的設(shè)計(jì)以及通信程序的設(shè)計(jì)。完成數(shù)據(jù)的采集，處理及儲(chǔ)存。 第一張：開(kāi)發(fā)概述，針對(duì) CAN 的背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀等作了介紹。 第三章：硬件電路的設(shè)計(jì)。 第五章：總結(jié)及展望。 第七章：致謝。通信率可達(dá) 1Mbps,CAN 總線通信接口中集成了 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充，數(shù)據(jù)塊編碼，循環(huán)冗余檢碼，優(yōu)先級(jí)判別等 [7]。其特點(diǎn)可概括如下 [8]： （ 1） CAN 為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從，通信方式靈活，并且無(wú)需占地址等節(jié)點(diǎn)信息。 （ 2） CAN 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)。 （ 3） CAN 采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)推出發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)較高的節(jié)點(diǎn)可以不受影響的繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁的時(shí)間，尤其在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況。 （ 5） CAN 直接通信距離可達(dá) 10Km,速率在 5Kbps 以下，在通信距離在 40M 以內(nèi)，通信速率最高可達(dá) 1Mbps. （ 6） CAN 接點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，前可達(dá) 110 個(gè)。 （ 7） 采用短幀的結(jié)構(gòu) ，一次傳送的字節(jié)最多為 8個(gè)，傳輸時(shí)間段，受干擾概率低，具有良好的檢錯(cuò)效果。 （ 9） CAN 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉節(jié)點(diǎn)輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。 CAN 總線的分層結(jié)構(gòu) CAN 總線按照 OSI 模型可分為三層；應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，如圖 21 所示 [9]。物理層借助檢測(cè)和管理物理媒體的故障實(shí)體進(jìn)行監(jiān)控。物理層分為物理信令層、物理媒體附屬裝置層和媒體相關(guān)接口層。當(dāng)時(shí)，由于消費(fèi)者對(duì)于汽車功 能的要求越來(lái)越高，而對(duì)于這些功能的實(shí)現(xiàn)大多都是基于電子器件的操作，這就使得電子裝置間的通訊越來(lái)越復(fù)雜，同時(shí)意味找需要更多的控制連接芯導(dǎo)線。于是他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件都可以掛接在總線上。 CAN 是一種多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，高抗干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò) 誤。 3 硬 件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)原理 ： 控制器局域網(wǎng)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線范疇，它是一種有效支持分布控制的串行網(wǎng)絡(luò)通訊網(wǎng)絡(luò)，被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。該系統(tǒng)可靠性好、精度高、結(jié)果簡(jiǎn)單、成本低在使用范圍可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)溫系統(tǒng)的不足。其中單片機(jī) PIC18F4580 作為核心部分。 硬件的設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)由上位機(jī) CAN 節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)多溫度點(diǎn)的溫度采集。 7 圖 31 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)主要完成以下功能，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，數(shù)據(jù)的就地顯示，接受上位機(jī)的命令和向上位機(jī)發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，在 單片機(jī)PIC18F4580 中還 內(nèi)置了 ECAN 模塊， 因此 它還是 CAN 網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制器。 硬件模塊主要由電源模 塊， PIC18F4580 單片機(jī)，傳感器和放大器， CAN 收發(fā)器，晶振電路，復(fù)位電路，液晶顯示模塊。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn) 特殊的微控制器功能： C 編譯器優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可選擇擴(kuò)展指令集； 1000000 擦除 / 寫(xiě)周期的數(shù)據(jù) EEPRCOM 存儲(chǔ)器（標(biāo)準(zhǔn)）； 在軟件控制下自編程； 8 8 單周期硬件乘法器； 通過(guò) 2 個(gè)引腳 5V單電源內(nèi)電路串行編程（ ICSPTM）； 寬工作電壓范圍：（ ～ ）； 符合 現(xiàn)行的規(guī)范； 3 個(gè)工作模式：傳統(tǒng)，增強(qiáng)型傳統(tǒng)，先進(jìn)先出： 3 個(gè)優(yōu)先專用傳輸緩沖器； 6 個(gè)可編程接收 / 發(fā)送緩沖器； 16 個(gè)全 90 位驗(yàn)收過(guò)濾器配 / 動(dòng)態(tài)結(jié)合； 遠(yuǎn)程自動(dòng)幀處理； 電路如下圖所示 33. 圖 33 電源電路圖 傳感器電橋和 放大電路 圖 34 傳感器電橋和放大電路 本系統(tǒng)所采用的溫度傳感器是 Pt100 電橋，采用了三線制的電橋電路， R1， R2,R3 均為 100 歐，可以很好的消除引線電阻的影響，提高測(cè)量精度 . PT100，又叫熱電阻，是一種溫度傳感器，鉑電阻溫度系數(shù)為 ／ ℃ ， 0℃ 時(shí)電阻值為 100Ω ，電阻變化率為℃ 。鉑電阻溫度傳感器 10 精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（－ 200℃ ～ 400℃ ）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì) [11]。 液晶顯示器電路 [13] 圖 36 液 晶顯示電路 如圖 36 該液晶顯示模塊與 PIC18F4580 的接口電路。液晶的第五腳用于液晶顯示對(duì)比度的調(diào)節(jié)，它需要通過(guò)一個(gè) 10K 的可變電阻接到 12V的電源上。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(dòng)信號(hào)和各種同步信號(hào)。 綜上所述 將溫度傳感器 Pt100 電橋采集到的溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路后送入 A/D 轉(zhuǎn)換模塊完成A/D 轉(zhuǎn)換，單片機(jī) PIC18F4580 將采集到的信號(hào)通過(guò) CAN 收發(fā)器發(fā)送到 CAN 總線，在于單片機(jī) PIC18F4580 接收信號(hào)發(fā)送到液晶顯示器顯示。 4 軟件設(shè)計(jì) 監(jiān)視器主 程序 該程序主要完成對(duì)遠(yuǎn)程采集的多點(diǎn)溫度信號(hào)，通過(guò) CAN 收發(fā)器，在主機(jī)端使用液晶顯示模塊的顯示，初始化 A/D,A/O 等。 圖 41 監(jiān)視器流程圖 采集系統(tǒng)主程序 該系統(tǒng)主要完成對(duì)信號(hào)的采集，處理和發(fā)送，初始化 A/D,A/O 等 。 圖 42采集系統(tǒng)流程圖 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 .其中 CAN 的初始化設(shè)計(jì)是 CAN 總線設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié) ,主要考慮 CAN 控制器的工作模式、接收濾波方式的設(shè)置、接收屏蔽寄存器的設(shè)置、波特率參數(shù)的設(shè)置和中斷允許寄存器的設(shè)置 .CAN 初始化程序圖 。 開(kāi)始 初始化 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)處理 CAN收發(fā)器發(fā) 送 13 圖 43 CAN初始化程序流程圖 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(dòng)完成。程序流程如 44所示。 45CAN接收程序流程 結(jié)束 接收緩沖區(qū)空？ 讀接收緩沖區(qū)的信息并保存 釋放接收緩沖區(qū) Y N 發(fā)送緩沖區(qū)空？ 把數(shù)據(jù)寫(xiě)入 CAN發(fā)送緩沖區(qū) 啟動(dòng)發(fā)送器 N Y 結(jié)束 15 按鍵子程序 本系統(tǒng)擴(kuò)展鍵盤(pán)，采用查詢方式，當(dāng)有鍵按下時(shí)，輸入采集點(diǎn)的地址，通過(guò)查詢各點(diǎn)的地址來(lái)確定各點(diǎn)的溫度，沒(méi)有鍵按下時(shí)，直接退出 。 圖 46子程序流程圖 有按鍵按下？ 地址 + 地址 返回 確定？ 按鍵 +是否按下？ 是否查詢？ 顯示切換 顯示地址溫度 延時(shí)子程序 按鍵 +是否按下 N Y N Y N Y Y N Y N 16 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖 圖 A/D初始化流程圖 圖 A/D中斷流程圖 初始化 A/D 初始化 A/O 開(kāi)總中斷 啟動(dòng) A/D 開(kāi)始 結(jié)束 中斷子程序 清 ADIF標(biāo)志 延時(shí)子程序 讀取與存儲(chǔ) A/D轉(zhuǎn)化結(jié)果 啟動(dòng)下一次 A/D轉(zhuǎn)換 17 液晶顯示模塊程 序 液晶顯示模塊主要完成信號(hào)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 ，如下圖 48所示 。才通用現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)，應(yīng)為現(xiàn)場(chǎng)總線在