【正文】 ly focused on analyzing the it analyzed software algorithm, and used the C51 language for its programming. It introduced the system debugging finally. This design has realized the lower puter to the scene temperature signal and pressure signal collection。 首先介紹了 系統(tǒng)總體 設(shè)計(jì) 方案，然后對(duì)溫度傳感 器節(jié)點(diǎn)使用的 K 型熱電偶 、 溫度傳感器 AD590 和壓力傳感器節(jié)點(diǎn)使用的MPX53DP 做簡(jiǎn)要介紹 ， 并分析設(shè)計(jì)放大電路；接著 介紹 單片機(jī) AT89C52 及其附屬電路，特別對(duì)鍵盤做了重點(diǎn)分析 介紹； 分析 軟件算法 ，使用 C51 語言 編程；最后介紹系統(tǒng)調(diào)試 。上位機(jī) 建 立友好的人機(jī)交互界面 ； CAN 總線 采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通信電纜采用雙絞線 ；下位機(jī)部分是 兩個(gè) 傳感器 節(jié)點(diǎn) 。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 基于 CAN 總線的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 下位機(jī) 部分 摘 要 CAN 總線作為一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的技術(shù)，以其穩(wěn)定性好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、通訊速率高、維護(hù)成本低及其獨(dú)特的設(shè)計(jì)越來越受到人們的重視，并被公認(rèn)為 是 最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。 基于 CAN 總線的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 分為上位機(jī)、 CAN 總線和下位機(jī) 三個(gè)部分 。 本 論文重點(diǎn)介紹了 下位機(jī) 傳感器節(jié)點(diǎn)的 設(shè)計(jì) 。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了下位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)和壓力信號(hào)的采集，通過鍵盤在線更改測(cè)量范圍、報(bào)警值等參數(shù)。 through the keyboard it can change online measurement range and alarms and so on. Key words: CAN bus。 lower puter。 自從微處理器問世以 來 ，其微型化、低成本的特點(diǎn)使計(jì)算機(jī)控制技術(shù)深入到 工業(yè) 技術(shù)最核心、最基本的環(huán)節(jié)，并逐步形成了單片機(jī)、可編程控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)三大主流系列，實(shí)現(xiàn)了多層次、全過程的計(jì)算機(jī)控制。特別是單片機(jī)的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)控制可以達(dá)到元件級(jí)，因而出現(xiàn)了越來越多的新型自控元件，甚至出現(xiàn)了集成有單片機(jī)的智能元件。 在工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)都是保證設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，各種數(shù)據(jù)采集儀 器都向智能化 、集成化、 高精度 的 方向發(fā)展，而且要求數(shù)據(jù)能傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制中心，所以有必要設(shè)計(jì)一種智能化的 、 集成 化 的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 采集的信號(hào)為兩個(gè)溫度信號(hào)和兩個(gè)壓力信號(hào)，經(jīng)過微處理器處理后在下位機(jī)上顯示，并且要把采樣信號(hào)送到遠(yuǎn)程上位 機(jī) 的工控機(jī)上集中顯示。所以 本設(shè)計(jì)使用了模擬放大電路。 本設(shè)計(jì)選用單片機(jī)作為 下位機(jī)傳感器 節(jié)點(diǎn)的智能芯片。 現(xiàn)場(chǎng) 總線概述 RS485 總線 在過程控制中應(yīng)用廣泛，但 隨著科技的發(fā)展， RS485 的總線效率低、系統(tǒng)的實(shí) 時(shí)性差、通訊的可靠性低、后期維護(hù)成本高、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節(jié)點(diǎn)少、應(yīng)用不靈活等缺 點(diǎn)慢慢 暴露出來 ，面臨著被市場(chǎng)所淘汰的局面 。 在傳統(tǒng)的工業(yè)控制中，現(xiàn)場(chǎng)的傳感器與控制器之間總是以 4～ 20mA 的直流電流或15V 的直流電壓來傳遞信息的 [1]。而現(xiàn)場(chǎng)總線 則可以很好地適應(yīng)工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，是對(duì)成熟控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本變革 。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線正在迅 速 發(fā)展 。簡(jiǎn)而言之，它把單個(gè)分散的測(cè)量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶，連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng) [3]。 CAN 總線 CAN總線是德國(guó) BOSCH公司從 80 年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)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，它是一種多主總線，通信介 質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。由于其卓越性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。 CAN 協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。 這種按數(shù)據(jù)塊編碼 的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)信息時(shí)，優(yōu)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)較高的節(jié)點(diǎn)不受影響，大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間。 CAN 總線通信格式采用短幀格式，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯(cuò)效果。 CAN 總線協(xié)議已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比較成熟， 控制的芯片已經(jīng)商品化，性價(jià)比高，特別適用于分布式測(cè)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù) 通訊 [4]。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總體上分為三個(gè)部分，上位機(jī) 部分（包括 CAN 總線接口）， CAN 總線， 下位機(jī)部分 （包括 CAN 總線接口）。 溫度傳感器節(jié)點(diǎn)使 用K 型熱電偶和集成溫度傳感器 AD590 采集溫度信號(hào) ； 壓力傳感器節(jié)點(diǎn)使用兩個(gè)MPX53DP 壓力傳感器采集信號(hào) ； 上位機(jī) 使用工控機(jī)或通用 PC 機(jī)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。下面分別介紹下位機(jī)節(jié)點(diǎn)中的溫度傳感器節(jié)點(diǎn)和溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。 K 型熱電偶 把現(xiàn)場(chǎng)溫度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的 毫伏信號(hào) ， 經(jīng) 放大電路放大成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào) 0～ 5V后，送 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC0832 的 數(shù)據(jù)采集輸入端口 CH0 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換， AD590 傳感器采集到的毫伏電流信號(hào)經(jīng)電流 /電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)毫伏 電壓信號(hào)，再經(jīng) 放大電路放大，送 TLC0832 的 數(shù)據(jù)采集輸入端口 CH1 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，兩個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)分時(shí)經(jīng) TLC0832 的 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換后送單片機(jī) 89C52。采樣信號(hào)在單片機(jī)中做相應(yīng)處理后在下位機(jī)上進(jìn)行顯示，同時(shí)采用定時(shí)中斷的方式把采集的溫度、壓力信號(hào)經(jīng) CAN總線傳輸?shù)焦た貦C(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。 兩個(gè) MPX53DP 壓力傳感器把壓力轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的毫伏電壓信號(hào)，再經(jīng)放大電路放大后，經(jīng) TLC0832 分時(shí)采集送單片機(jī) 89C52，單片機(jī)處理后送顯示，通過 定時(shí) 中斷把采樣的壓力數(shù)字信號(hào)經(jīng) CAN 總線 送 到上位機(jī)上 實(shí)時(shí) 顯示?？撮T狗 X5045 監(jiān)視單片機(jī)的正常運(yùn)行， 數(shù)碼管用于顯示相應(yīng)的值 ，鍵盤用于內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 改變報(bào)警值等參數(shù)， 修改參數(shù)后能通過 CAN 總線把修改的參數(shù)上傳給上位機(jī) 。上位 機(jī)接收 CAN總線上的壓力 數(shù)字 信號(hào) 和溫度 數(shù)字 信號(hào) ， 經(jīng) 處理后 存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)并實(shí)時(shí)顯示 ,同時(shí)可以調(diào)出歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示 ， 也可以遠(yuǎn)程在線修改下位機(jī)的參數(shù)。 本章主要介紹溫度傳感器節(jié)點(diǎn)， 其它部分在后續(xù) 章節(jié)中將有詳細(xì) 介紹 。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶是應(yīng)用最廣泛的測(cè)溫元件之一。 熱電偶把兩種不同的金屬 A 和 B 構(gòu)成一個(gè)閉合電路，當(dāng)兩個(gè)接觸端溫度不同，即TT0 時(shí) ,回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì) EAB(T,T0),如圖 所。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 電 動(dòng) 勢(shì) e A B ( T )+_ABT 圖 熱電偶接觸熱電勢(shì)示意圖 當(dāng)金屬材料 A 的自由電子密度比金屬材料 B 大，則有自由電子從 A 擴(kuò)散到 B，當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到平衡時(shí)，這樣金屬材料 A 失去電子帶正電荷，而金屬材料 B 得到電子帶負(fù)電荷。 熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成 常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱 電偶兩大類。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。 K 型（鎳鉻 —鎳硅） 是 使用量最大的廉金屬熱電偶，用量為其他熱電偶的總和。優(yōu)點(diǎn)是線性度好，熱電勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性 較 好，抗氧內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 化性強(qiáng)，價(jià)格便宜。但 K 型熱電偶不能在高溫下直接用于硫、還原性或還原、氧化交替的氣氛中，也不能用于真空中。其分度表如下： 表 K 型熱電偶分度表 溫度 （℃） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 熱電動(dòng)勢(shì)（ mV） 0 100 200 300 400 500 600 圖 是由表 得到的 K 熱電偶溫度和輸出熱電勢(shì)關(guān)系圖。在設(shè)計(jì)模擬放大電路時(shí) ,必須考慮電路的零點(diǎn)漂移、 抗 干擾等問題。 放大器為高阻態(tài)運(yùn)算放大器。RW5用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。本設(shè)計(jì)采集的溫度為 0 到 400℃， K 熱電偶對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢(shì)為 0 到 ，而 A/D 轉(zhuǎn)換的輸入電壓為 0 到 5V，所以放大倍數(shù)為 30 539 00 ??H （ ） 從 而 RW5=。 當(dāng)熱電偶冷端處在溫度波動(dòng)較大的地方時(shí)，必須首先使用冷端溫度補(bǔ)償導(dǎo)線將冷端延長(zhǎng)到一個(gè)溫度穩(wěn)定的地方，再考慮將冷端處理為 0℃ 。 常用補(bǔ)償方法如下： 1． 補(bǔ)償導(dǎo)線法：補(bǔ)償導(dǎo)線在 100℃以下的溫度范圍內(nèi)，具有與熱電偶相同的熱電特性，用它連接熱電偶可以起到延 長(zhǎng)熱電偶冷端的作用。由于這種方法特別麻煩，在工業(yè)生產(chǎn)中不適用，目前這種方法只在實(shí)驗(yàn)室的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用。補(bǔ)償電橋的 4 個(gè)橋臂中有一個(gè)臂是銅電阻作為感溫元件，其余 3 個(gè)臂由阻值恒定的錳銅電阻制成。 根據(jù)連接導(dǎo)體和中間溫度定律則有 )0,(),()0,( 11 TETTETE ?? （ ） 可以用室溫計(jì)測(cè)出環(huán)境溫度 T1，從分度表查出 E（ T1,0）的值，然后加上熱電偶回路熱電勢(shì) E（ T,T1），得到 E（ T,0）值，反查分度表即可得到準(zhǔn)確的被測(cè)溫度 T 值。 AD590 及其放大電路 由上一小節(jié)可知 ，軟件修正法中必須知道冷 端 溫度，所以必須 測(cè)量 冷端溫度，本設(shè)計(jì)用 AD590 傳感器采集冷端溫度。 AD590 溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 圖 AD590 外型管腳圖 它的主要特性如下： 流過器件的電流（ mA） 等 于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即： 1?TIr mA/K 其中 Ir 流過器件（ AD590）的電流，單位為 mA； T為 熱力學(xué)溫度，單位為 K。 AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V， 輸出電阻為 710M。 AD590 可以承受 44V,正向電壓和 20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。 ℃。 放大器的第 I級(jí)由 U1A和 U2A 等 器件 組成，主要用來提高整個(gè)放大電路的輸入阻抗。 圖中是將 U1A、 U2A 兩個(gè)同相輸入運(yùn)放電路并聯(lián)，再與 U3A 差分輸入串聯(lián)的三運(yùn)放差分放大電路，根據(jù)虛短、虛斷的概念，不難分析 U1A、 U2A 前置放大電路僅對(duì)差模信號(hào)有放大作用，差模放大倍數(shù)為（ RW3+R15+2R14） /（ RW3+R15） 倍。 電路的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)共模輸入信號(hào)沒有放大作用，共模電壓 增益接近于零。 當(dāng) U1A內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 和 U2A 有相等的漂移速率，且向同一方向漂移，那么漂移就作為共模信號(hào)出現(xiàn)，沒有被放大，還能被第二級(jí)抑制。 U1A 和 U2A 前置放大級(jí)的差模增益要做得盡可能高，相比之下，第二級(jí)的漂移和共模誤差就可以忽略，對(duì)放大器的要求就可以大大降低。 在被測(cè)溫度一定時(shí)， AD590 相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和 5～ 30V 的電源相連，并在輸出端串接一個(gè) 1kΩ的恒值電阻 R8，那么，此電阻上流過的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有 1mV/K 的電壓信號(hào)。通過 RW1和 RW2的調(diào)節(jié)，可在 U2A 的正輸入端產(chǎn)生 。 調(diào)節(jié)三運(yùn)放的 RW3，使 Avd=50， RW3的接入電阻 約 為 525Ω時(shí) ， 經(jīng)過 三運(yùn)放差分放大電路后，輸出的電壓與溫度的關(guān)系為 50mV/℃，即測(cè)量溫度為 0℃時(shí)，輸出為 0V，測(cè)量溫度為 100℃時(shí)，輸出為 5V。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 壓力傳感器節(jié)點(diǎn) 壓力傳感器節(jié)點(diǎn)采集兩路壓力信號(hào)，轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)并放大成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)中進(jìn)行處理并顯示。并可以通過鍵盤更改上、下限報(bào)警值和壓力的測(cè)量范圍。該傳感器具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好，靈敏度高，能測(cè)出十幾帕的微壓，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，滯后和蠕變小，頻率響應(yīng)高，便于生產(chǎn)，成本低等優(yōu)點(diǎn)。 MPX53DP 壓力傳感器的核心部分是一塊圓形硅膜片，在膜片上，利用擴(kuò)散工藝設(shè)置有 4 個(gè)阻值相等的電阻，用導(dǎo)線將其構(gòu)成平衡電橋。當(dāng)膜片兩邊存在壓力差時(shí)，膜片產(chǎn)生變形，膜片各點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力。該電壓與膜片兩邊的壓力差成正比。 MPX53DP 壓力傳感器 主要以氣壓測(cè)量為主，適合用于醫(yī)療器械，氣體壓力控制等領(lǐng)域。 從圖中可知，實(shí)際曲線和理論曲線有一定的偏差，但這些偏差在正常范圍內(nèi)。 本設(shè)計(jì)壓力測(cè)量范圍設(shè)計(jì)為 0~30KPa，對(duì)應(yīng)的輸出電壓為 20mV~56 mV。圖中 A4 極其附屬電阻構(gòu)成了反同相比例運(yùn)算電路，放大倍數(shù) )1(2 83 RRAvd W??? （ ） 其中 RW3為接入電阻。調(diào)節(jié) RW3后，再