【正文】 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 18 頁 共 52 頁 ⑧ 支持與不 同微處理器的接口； ⑨ 可編程的 CAN 輸出驅(qū)動配置； ⑩ 增強了溫度范圍（ 40℃ ～ +125℃）。圖 中， SJA1000 由 CAN 核心模塊、接口管理邏輯、發(fā)送緩沖區(qū)、驗收濾波器單元、接收 FIFO(先入先出 )等幾部分組成。接口管理邏輯負責同外部主控制器的接口，該單元中的每一個寄存器都可由主控制器 通過 SJA1000 的地址 /數(shù)據(jù)總線訪問 [13]。主控制器可直接將標識符和數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖區(qū)，然后置位命令寄存器 (CMR)中的發(fā)送請求位 TR，啟動 CAN核心模塊讀取發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，按 CAN協(xié)議封裝成一個完整的 CAN 信息幀，提供給收發(fā)器發(fā)往總線。 IML 接收 來自 CPU 的命令，控制 CAN 寄存器的尋址并向主控器提供中斷信息及狀態(tài)信息。 BTL 始終監(jiān)視 CAN 總線，當檢測到有效的信息頭“隱性電平 控制電平”的轉(zhuǎn)換時啟動接收過程，接收的信息首先要由位流處理器 BSP 處理，并由 ASP 過濾。 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。 驗收濾波器單元完成接收信息的濾波，只有驗收濾波器通過且無差錯，才把接收的信息幀送入接收 FIFO 緩沖區(qū)，且置位接收緩沖區(qū)狀態(tài)標志 ，表明接收緩沖區(qū)中己有成功接收的信息幀，接收幀的數(shù)量可通過訪問接收信息計數(shù)器 (RMC)得知。 主 控 制 器 接口管理邏輯 發(fā)送緩沖 接收 FIFO 驗收 濾波器 CAN 核心 模塊 收發(fā)器 SJA1000 CAN 總線 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 19 頁 共 52 頁 PCA82C250 總線收發(fā)器 PCA 82C250 是 PhiliPs 公司的 CAN 控制器和物理總線間的接口，可提供對 總線的差動發(fā)送和接收能力 。在硬件電路中使用 82C250 是為了增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護總線。該器件對總線提供差動發(fā)送能力，對 CAN 控制器提供差動接收能力。 圖 82C250 功能框圖 （ 3） PCA82C250 的功能 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 20 頁 共 52 頁 首先， 82C250 驅(qū)動電路內(nèi)部具 有限流電路，可防止輸出級對電源、地或 負載短路 [13]。其次， 82C250 采用雙線差分驅(qū)動，有助于抵制惡劣環(huán)境下的瞬變干擾 。在高速工作模式下，發(fā)送器輸出級晶體管盡可能快地啟動和關(guān)閉。通過將引腳 8 接地可選擇高速模式。為 降低射頻干擾，應(yīng)限制上升和下降的斜率，上升和下降的斜率可通過由引腳 8 至地連接的電阻進行控制，斜率正比于引腳 8 上的電流輸出。若檢測到顯性位， RXD 將轉(zhuǎn)至低電平，微控制器應(yīng)通過引腳 8 將驅(qū)動器變?yōu)檎７绞阶鳛閷Υ藯l件作出的反應(yīng)。 對于 CAN 控制器及帶有 CAN 總線接口的器件， 82C250 并不是必須使用的器件，因為多數(shù) CAN 控制器均具有配置靈活的收發(fā)器件，并允許總線故障，只 是驅(qū)動能力只允許 20～ 30 個節(jié)點連接在一條總線上。利用 82C250 還可方便地在 CAN 控制器與收發(fā)器之間建立光電隔離。 溫度傳感器的選擇 溫度傳感器大致可以分為模擬溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器兩類。這類常用的型號如：熱敏電阻、熱電偶、熱電阻、 ADI 公司出品的 AD590、美信公司出品的 MAX6613等。另外，各個模擬溫度傳感器的精度、線性度、測量范圍、價格也要根據(jù)不同的應(yīng)用來考慮。缺點是電路復(fù)雜、易受外部干擾、通常要進行硬件或者軟件算法的補償措施。而且在溫度測量系統(tǒng)中， 采用單片溫度傳感器 ， 比如 AD590， LM35 等 .但這些芯片輸出的 都是模擬信號，必須經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計算機 ， 這樣就使得測溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 。即使能實現(xiàn)，也要 用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實現(xiàn)的難度。采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。且該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。 DS18B20 的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù) 字溫度計 DS18B20 和微控制器構(gòu)成的溫度測量裝置 ， 它直接輸出溫度的數(shù)字信號 ， 可直接與計算機連接。輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。 DS18B20 是美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的一款溫度傳感器，其具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域 [17]。C 至 +125℃ 。F 到 257 華氏度 10176。C 范圍內(nèi)精度為 177。C。 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 22 頁 共 52 頁 圖 DS18B20管腳和結(jié)構(gòu)圖 ① 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電 ② 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 ③ DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 ④ DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) ⑤ 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。 DS18B20 工作原理 DS18B20的讀寫時序和測溫原理與 DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由 2s 減為 750ms。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 23 頁 共 52 頁 送給計數(shù)器 1。計數(shù)器 1和溫度寄存器被預(yù)置在 55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。 圖 DS18B20測溫原理框圖 當計數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器 1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2計數(shù)到 0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度 [18]。 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 低溫度系數(shù)晶振 高溫度系數(shù)晶振 預(yù)置 斜率累加器 比較 計數(shù)器 1 計數(shù)器 2 =0 =0 溫度計存器 預(yù)置 LSB 置位 /清除 停止 加 1 64 位ROM和 單 線 接 口 儲存器和控制器 溫度靈敏元件 低溫觸發(fā)器 TL 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 高速緩存 存儲器 8 位 CRC 生成器 電源監(jiān)測 內(nèi) 部 DDV I/O DDV 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 24 頁 共 52 頁 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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。 DS18B20 的電源也可以從外部 。采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測量溫度， 輸出信號全數(shù)字化 。且該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。 DS18B20 的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸 ，由數(shù)字溫度計 DS1820 和微控制器構(gòu)成的溫度測量裝置 ， 它直接輸出溫度的數(shù)字信號 ， 可直接與計算機連接。 輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢 [19]。 顯示器的選擇 由于發(fā)光二極管顯示器 LED（ Light Emitting Diode）多為 8 段或米字段，只能輸出有限的英文字符，對于儀器的使用者來說很不方便，所以我們在多點溫度檢測系統(tǒng)上使用了液晶顯示器 (LCD)。液晶顯示器已被廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表、電子顯示裝置等場合，成為測量結(jié)果顯示和人機對話的重要工具。 本系統(tǒng)的顯示屏采用 FM12232B 液晶模塊，實現(xiàn)電流信號數(shù)據(jù)的實時顯示。 SED1520 液晶顯示控制驅(qū)動器集行列驅(qū)動器和控制器于一體，被廣泛應(yīng)用于小規(guī)模液晶顯示模塊?？赏瓿蓤D形顯示 ， 也可以顯示 2 個 (16 16 點陣 )漢字 。 其特性如下： ①內(nèi)置 2560 位顯示 RAM 區(qū)。 ②具有 16 個行驅(qū)動輸出和 61 個列驅(qū)動輸出。 ④驅(qū)動占空比為 1/16 或 1/32。 顯示屏的顯示特性和機械特性如下所示： （ 1）顯示特性： ① STN 正視反射模式 ②顯示顏色：綠底藍字 ③顯示角度： 6 點鐘直視 ④驅(qū)動方式： 1/32 Duty， 1/6Bias （ 2）機械特性： ①外觀尺寸： 84 44(mm) ②電陣： 122 32 點 ③點尺寸： (W) (H)(mm) ④點間距： (W) (H)(mm) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成 本系統(tǒng)由兩部分組成：主控模塊和監(jiān)控模塊， 從圖 可以看出，主控模塊功能模塊由微控制器、 CAN 通信電路以及時鐘電路、 EEPROM 電路、串口電路、液晶顯示屏等外圍電路組成。各模塊具體的硬件電路設(shè)計在下列小節(jié)做出詳細的闡述。設(shè)計一種可以用于大規(guī)模多點溫度的檢測報警系統(tǒng)。下位機連接到現(xiàn)場的數(shù)字化傳感器上， 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 26 頁 共 52 頁 對測量點的溫度進行采集，并且把采集到的溫度值傳輸?shù)?CAN 總線上，構(gòu)成 CAN 總線的智能節(jié)點。單片機采集到的溫度數(shù)據(jù)，通過通信轉(zhuǎn)換器實時在上位機上顯示， CAN 總線系統(tǒng)很容易擴展成針對多對象的溫度監(jiān)測，以實現(xiàn)對較大系統(tǒng)的溫度實時監(jiān)測。 圖 溫度檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 時鐘電路 液晶顯示器 串口電路 CAN 總線 控制器 SJA1000 CAN 總線 收發(fā)器 82C250 EEPROM 電路 報警電 路 CAN 總線 控制器 SJA1000 CAN 總線 收發(fā)器 82C250 單片機 AT89S52 溫度傳感器 DS18B20 單片機 AT89S52 監(jiān) 控 模 塊 主 控 模 塊 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 27 頁 共 52 頁 4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 溫度檢測系統(tǒng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計重點闡述了主控模塊和監(jiān)控模塊的硬件設(shè)計。 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 從圖 可以看出，在通信模塊中的單片機及其外圍電路中主要由單片機最小系統(tǒng)、CAN 通信電路、串口電路等外圍電路組成。 本系統(tǒng)采用 AT89S52 芯片作為微控制器。 ALEINTO_SWR_SRD_SRXDTXDP26P27P25373635343332EA31ALE30PSEN2928272625242338223921VCC4012346578RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND20U8AT89S52C1510u12Y412MHzR1410KC1330pC1230pS1SWPBD0D1D2D3D4D5D6D7ALE+5V+5V+5VR12R20SCLSDA/RD 87/WR 8732 D132 RWRSTspeakerkey1key2key3key4 圖 微控制器最小系統(tǒng) AT89S52 所用晶振可在 4MHz~24MHZ 之間，此處用典型的 12MHz 晶振。10pF，電容 C12 和 C13 可以幫助起振，此處使用典型的 30pF，調(diào)節(jié)他們 基于 CAN總線的多點溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設(shè)計 第 28 頁 共 52 頁 可以達到微調(diào)時鐘頻率的目的。本系統(tǒng)復(fù)位原理圖如上圖 所示。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位， RST 端的高電平信號必須維持足夠長的