基于can总线的温度测量系统

基于can总线的温度测量系统内容摘要：

件的设计原理 控制器局部网 (controller area work,CAN)属于现场总线的范畴 ,它是一种有效支持分布式控制的串行通讯网络 ,被公认为是最有前途的现场总线之一。 本文利用 DS18B20测温芯片作为传感器 ,使用 CAN总线标准设计了一种智能测温系统。 该系统精度高、可靠性好、结构简单、成本低 ,在适用范围内可取代传统的测温系统 ,对该系统稍加修改 ,可使它应用于在多种测温场合。 硬件电路由微处理器、 CAN控制器、测温芯片 DS18B LCD、 LED、键盘、复位电路、蜂鸣器等几部分组 成 ,如图 1，图 2所示。 单片机 AT89C51是硬件电路的 核心 ,承担CAN控制器的初始化、数据收发控制等任 务。 CAN总线控制器用于同上位机进 行远程通讯 ,能 够独立完成 CAN总线上数据的接收和发送工作。 DS18B20芯片用于检测和发送温度数据。 下位分机 （ 图 A） 温度 LED 显示 AT89C51 报警器 CAN 总线控 制器 SJA1000 DS18B20 键盘 CAN 总线收发器 PCA82C250 电路测试结果分析 14 上位主机 (图 B) 图 1 整体设计框图 CAN总线 ……… 图 2 CAN总线的控制系统结构图 温度传感器选用 DS18B20 DSl8B20数字温度计提供 9位 (二进制 )温度 读数指示器件的温度信息经过单线接口送入 DSl8B20 或从 DSl8B20 送出因此从主机 CPU 到 DSl8B20 仅需一条线 (和地线 )DSl8B20 的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源因为每一个 DSl8B20 在出LCD 显示 AT89C51 报警器 CAN 总线收发器 PCA82C250 键盘 CAN 总线控 制器 SJA1000 总操作站（上位机） CAN 节点 CAN 节点 1 传感器 ， 单片机 CAN 节点 N 传 感器，单片机 电路测试结果分析 15 厂时已经给定了唯一的序号。 因此任意多个 DSl8B20 可以存放在同一条单线总线上 ， 这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件 ， DSl8B20 的测量范围从 55 到 +125 增量值为 可在 ls(典型值 )内把温度变换成数字。 每一个 DSl8B20 包括一个唯一 的 64 位长的序号该序号值存放在 DSl8B20 内部的ROM(只读存贮器 )中开始 8 位是产品类型编码 (DSl8B20 编码均为 10H)接着的 48 位是每个器件唯一的序号最后 8 位是前面 56 位的 CRC(循环冗余校验 )码 DSl8B20 中还有用于贮存测得的温度值的两个 8 位存贮器 RAM 编号为 0 号和 1 号 ,1 号存贮器存放温度值的符号如果温度为负 ， 则 1 号存贮器 8 位全为 1 否则全为 00 号存贮器用于存放温度值的补码 LSB(最低位 )的 1 表示 将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以 2就得到被测温度值 (550125)DSl8B20 的引脚如图 226l 所示每只 D518B20 都可以设置成两种供电方式即数据总线供电方式和外部供电方式采取数据总线供电方式可以节省一根导线但完成温度测量的时间较长采取外部供电方式则多用一根导线但测量速度较快。 温度计算： 1． DS18B20 用 9 位存贮温值度 ,最高位为符号位 ,下图为 DS18B20 的温度存储方 式 ,负温度 S=1 正温度 S=0。 如 : 00AAH 为 +850C,0032H 为 250C,FF92H 为 550C。 TEMPERATURE REGISTER FORMAT Bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte 26 25 24 23 22 21 20 21 Bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 MS Byte S S S S S S S S 2． DS18B20 用 12 位存贮温值度 ,最高位为符号位 ,下 图为 DS18B20 的温度存储方 式 ,电路测试结果分析 16 负 温度 S=1,正温度 S=0。 如 : 0550H 为 +850C,0191H 为 ,FC90H 为 550C。 TEMPERATURE REGISTER FORMAT Bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte 23 22 21 20 21 22 23 24 Bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 MS Byte S S S S S 26 25 24 CAN 控制器选用 SJA1000 SJA1000是一种独立的 CAN控制器，主要用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制。 它是 PHILIPS半导体公司 PCA82C200CAN控制器的替代产品，而且它增加了一种新的操作模式 PELICAN，这种模式支持具有很多新特性的。 如图所示 ,SJAl000从逻辑上可分为 7个部 分 : a)IML(接口管理逻辑 )IML用于解释来自 CPU的 命令 ,分配 信息缓冲区并向 CPU 提供中断及状态信 息。 b)发送缓冲区 TXB 13字 节长存储器 ,外 部 CPU将要发送的信息写入此缓 冲区。 c) 接收缓冲区 RXB 接收缓冲区为 64字节的 CPU接收信息的 FIFO寄 存器。 d) 接收过滤器 ACF 对接收到的信息 ID与 ACF内容相比较以决定是否接收 信息。 e) 位流处理器 BSP 用来控制发送、接收缓冲区及 CAN总线的数 据流。 f) 定时逻辑 BTL 用于控制 CAN总线上数据的传输速率 与同步。 g) 错误管理逻辑 EML 按 CAN协议进行错误管理。 [18] 电路测试结果分析 17 ALE CS RD WR CLKOUT MODE AD0— AD7 RX01 TX01 XTAL1 XTAL2 RST 图 3 SJA1000的 逻辑框图 CAN 收发器选用 PCA82C250 PCA82C250 的 主要特性有 : .完全符合 “ IS011898” 标准 .高 速率 (最高达 1Mbps) .斜 率控制，降低射频 干 扰 (RFI) .过 热 保护 .低 电流待机模式 .可 连接 110 个 节 点 ,具 有抗汽车环境中的瞬间干扰，保护总线能力 .差分 接收器，抗宽范围的共模干扰，抗电磁干扰 (EMI） .防 止电池和地之间的发短路 .未 上电的节点对总线无影响 其主要功能有 : 首先， 82C250 驱动电路内部只有限流电路，可以防止输出级对电源、地或负载短路， IML MB TXB FIFO RXB BSP AFC BTL MEL DSCILLATOR RESET 电路测试结果分析 18 虽然 在这种故障条件出现时功耗增加，但不致使输出级破坏。 其次， 82C250 采用双线差动驱动，有助于抑制恶劣环境下的瞬变干扰。 引脚 Rs 可用于选择三种不同的工作 方式 :高速、斜率控制和待机。 在高速工作方式下，发送器输出晶体管以尽可能快的速度启闭。 在这种方式下，不采用任何措施限制上升和下降斜率，此时，建议使用屏蔽电缆以避免射频 干 扰问题。 通过将引脚 P00 接地可选择高速方式。 对一于较低速度或较短总线长度，可用非屏蔽双绞线或平行线作总线。 为降低射频干扰。 应限制上升和下降斜率，上升和下降斜率可通过由引脚 8 至地连接的电阻 进行控制。 斜率正比于引脚 8 上的电流输出。 若脚 8 接高电平，则电路进入低电平待机方式，在这种方式下，发送器被关闭，而接收器转至低电流。 若检测到显 示 位， RXD 将转至低电平，微控制器应通过引脚 8 将发送器变为正常方式作为对此条件作出的反应。 由于在待机方式下，接收器是慢速的，因此第一个报文将被丢失。 对于 CAN 控制器及带有 CAN 总线接口的器件， 82C250 并不是必须使用的器件，因为多数 CAN 控制器均具有配置灵活的收发器件，并允许总线故障，只是驱动能力只允许 20～ 30 个节点连接在一条总线上。 而82C250 支持多达 110 个节 点，并能以 1Mbps 的速率工作于恶劣 电气 环境下。 利用 82C250还可方便地在 CAN 控制器与收发器之间建立光电隔离，以实现总线上各个节点之间的电气隔离。 [18] 单片机选用 AT89C51 单片机按照其基本操作处理的位数可分为 :1 位机、 4 位机、 8 位机、 16 位机、 32位机等。 其中 1 位机和 4 位机结构简单，成本很低，但指令不丰富，且编程复杂，可用于简单的控 制。 16 位机和 32 位单片机集成度高，性能优越，但是其价格目前比较贵，从而限制了广泛的应 用 :而 8 位单片机小巧灵活，指令丰富，性价比极高的优势使其 产品占领目前整个单片机市场的 60%以上份额，可以说 8 位单片机将在今后一段时间内仍是工业检测控制的主流机型。 现在世界上比较著名的单片机生产厂家有美国 INTEL公司， MOTOROLA 公司， TI 公司， MAXIM 公司， NS 公司， ATMEL 公司等。 近年来，随着美国 ATMEL 公司的 AT89 系列单片机的推出和单片机 C 语言的广泛应用， MCS51 单片机有了进一步的活力。 AT89 系列以 MCS51 为内核，兼容了 MCS51电路测试结果分析 19 的硬件和软件，其主要优点 在于。 片 内的程序存贮器采用闪烁存贮技术，具有电可擦除，电可编程，且编程和擦除时 间短 (4K 字节存贮器编程约 3 秒，擦除时间约 l0ms)， 并可反复编程，数据不易挥发，而且加密功能也大大增强了，能有效的防止用户程序被复制。 时钟频率的提高使运算速度也加快了。 产品中的 20 脚封装形式的机种，使其体积更小，更具应用灵活性，可方便的应用于家电产品及小型仪器仪表。 AT89 系列单片机主要产品类型和特点如 表 1: 表 1 AT89XX 系列芯片 单片机型号 /存贮器 容量和类型 RAM 16 位定时器个数 中断源个数 最高晶振频率/MHZ 封装引脚个数 AT89C51/4KEPROM 128 2 5 24 40 AT89C52/8KE2PROM 256 3 8 24 40 AT89C1051/1KE2PROM 128 2 5 24 40 AT89C2051/2KE2PROM 128 2 5 24 40 经综合考虑，本系统决定选用美国 ATMEL 公司生产的 AT89C51 型单片机，其主要 特点是 : 与 MCS51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命： 1000 写 /擦 循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0Hz24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时 器 /计 数器 5 个中断源 可编程串行通道 电路测试结果分析 20 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪 烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 [4] 系统单元电路的设计 温度测量电路的设计 微控制器采用 ATMEL公司的单片机 AT89C51,它具有 4K内部可擦写程序存储器和 32个输入 /输出端 口 ,满 足本系统中温度测量、数据显示、数据通讯、复位电路的。