基于can总线的多点温度采集系统设计毕业论文

基于can总线的多点温度采集系统设计毕业论文内容摘要：

图 21 CAN总线分层结构 MAC 子层借助“故障界定实体”进行监控，故障鉴定是判别总线上干扰和故障的一种机制。 物理层借助检测和管理物理媒体的故障实体进行监控。 LLC 和 MAC 两个同等的协议实体通过交换帧或协议数据单元相互通信。 物理层分为物理信令层、物理媒体附属装置层和媒体相关接口层。 故障界定 总线故障管理 物理层 应用层 LLC 逻辑链路子层 MAC 媒体访问控制子层 物理信令 物理媒体附属装置 媒体相关接口 数据链路层 6 CAN 总线的发展应用 CAN 最初出现在 80 年代的汽车行业中，由德国 Bosch 公司最先提出。 当时，由于消费者对于汽车功 能的要求越来越高，而对于这些功能的实现大多都是基于电子器件的操作，这就使得电子装置间的通讯越来越复杂，同时意味找需要更多的控制连接芯导线。 提出 CAN总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少因功增加而增加的信号线。 于是他们设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件都可以挂接在总线上。 1993 年 CAN 已成为国际标准 ISO11898(高速应用 )和 1SO11519（低速应用） [10]。 CAN 是一种多方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗干扰性，而且能够检测出产生的任何错 误。 而且是具有很高的实时性能。 3 硬 件系统的设计 系统硬件的设计原理 ： 控制器局域网属于现场总线范畴，它是一种有效支持分布控制的串行网络通讯网络，被公认为最有前途的现场总线之一。 本文利用 Pt100 测温芯片作为传感器，使用 CAN 总线标准设计一种智能测温系统。 该系统可靠性好、精度高、结果简单、成本低在使用范围可代替传统的测温系统的不足。 硬件电路由微处理器、 CAN 控制器、测温芯片、 LED、按键、复位电路以及晶振电路组成。 其中单片机 PIC18F4580 作为核心部分。 承担 CAN 控制器的初始化、数据收发等任务；CAN 总线控制器用于同上位机进行远程通讯、能够独立的完成 CAN 总线的接受和发送工作。 硬件的设计任务 本设计由上位机 CAN 节点和数据采集系统构成，实现对多温度点的温度采集。 系统的各部分通过 CAN 总线，构成一个数据采集网络硬件电路原理框图如 所示。 7 图 31 数据采集点主要完成以下功能，数据实时采集，数据的就地显示，接受上位机的命令和向上位机发送采集到的数据。 硬件设计模块 硬件电路 在所设计电路中采 用， 由于单片机 PIC18F4580 自带 CAN 控制器， 只需要增加一个收发器即可， 单片机 PIC18F4580 有 内置的 EUSART 模块配置 的异步收发模式，经过 EUSART模块 模块接收从 PC 机的 COM 口发出的报文并发回反馈信息。 与此同时，在 单片机PIC18F4580 中还 内置了 ECAN 模块， 因此 它还是 CAN 网络中一个节点的控制器。 从 PC机中接收到的信息可以在单片机 PIC18F4580 中 经过 处理后发关到 CAN 总线上，然后，再 把 从CAN 总线上接受到的信息， 经过 处理后通过 EUSART 模块发送回 PC机。 硬件模块主要由电源模 块， PIC18F4580 单片机，传感器和放大器， CAN 收发器，晶振电路，复位电路，液晶显示模块。 PIC18F4580 单片机 8 图 32 PIC18F2580单片机 PIC18F4580 单片机的特点： 主要引脚：电源和接地引脚，震荡器晶体引脚，时钟复位引脚， I/O 输入输出引脚，A/D 通道引脚。 内部结构和功能特点 特殊的微控制器功能： C 编译器优化结构，可选择扩展指令集； 100000 擦除 / 写入周期增 强型闪存程序存储器（标准）； 1000000 擦除 / 写周期的数据 EEPRCOM 存储器（标准）； 闪存 / 数据 EEPROM 存储：大于 40年； 在软件控制下自编程； 中断优先级； 8 8 单周期硬件乘法器； 扩展看门狗定时器：可编程期由 41ms 至 131s； 通过 2 个引脚 5V单电源内电路串行编程（ ICSPTM）； 通过 2 个引脚内电路调试（ ICD ）； 宽工作电压范围：（ ～ ）； ECAV 模块特点：信息比特率高达 1Mbps ； 符合 现行的规范； 完 全逆向兼容 PIC18XXX8CAN 模块； 3 个工作模式：传统，增强型传统，先进先出： 3 个优先专用传输缓冲器； 2 个专用接收缓冲器； 9 6 个可编程接收 / 发送缓冲器； 3 个全 29 位验收膜； 16 个全 90 位验收过滤器配 / 动态结合； 设各网数据字节过滤支持； 远程自动帧处理； 先进的错误管理功能 电源电路 单片机工作 所需要的的电压为 +5V，且底层电路功耗很小采用 7805 三端稳压即可满足要求所需电源。 电路如下图所示 33. 图 33 电源电路图 传感器电桥和 放大电路 图 34 传感器电桥和放大电路 本系统所采用的温度传感器是 Pt100 电桥，采用了三线制的电桥电路， R1， R2,R3 均为 100 欧，可以很好的消除引线电阻的影响，提高测量精度 . PT100，又叫热电阻，是一种温度传感器，铂电阻温度系数为 ／ ℃ ， 0℃ 时电阻值为 100Ω ，电阻变化率为℃。 采用不锈钢外壳封装，内部填充导热材料和密封材料灌封而成，尺寸小巧，适用于精密仪器、恒温设备、流体管道等温度的测量，非常经济实用。 铂电阻温度传感器 10 精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（－ 200℃ ～ 400℃ ）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计 [11]。 CAN 收发器连接电路 图 35 CTM8251收发器连接电路 PIC18F4580 芯片中虽然内嵌 CAN 控制器 ,但是必须与 CAN 收发器连接才能具备收发功能 ,在以往的设计中 CAN 收发器之间通常需要 加入 DC — DC 电源隔离模块和高速光电耦合器组成的隔离电路 , 以确保在 CAN 总线遭受严重的干扰时控制器能够正常工作，然而考虑到复杂度、系统集成等因素 ,本设计中利用 CTM8251 接口芯片来实现带隔离的 CAN 收发电路， CTM8251 是一款带隔离的通用 CAN 收发器芯片，该芯片内部集成了所有必需的 CAN 隔离及 CAN 收发器件，这些都被集成在不到 3 平方厘米的芯片上，芯片的主要功能是将 CAN控制器的逻辑电平转换为 CAN总线的差分电平并且具有 DC 2500V 的隔离功能 [12]。 液晶显示器电路 [13] 图 36 液 晶显示电路 如图 36 该液晶显示模块与 PIC18F4580 的接口电路。 该显示电路采用单片机的通用 11 I/O 口对液晶的控制信号直接进行控制，同时将单片机的 D 口作为其数据总线。 液晶的第五脚用于液晶显示对比度的调节，它需要通过一个 10K 的可变电阻接到 12V的电源上。 该液晶显示模块是使用 KB0108 及其兼容控制驱动器作为列驱动器，同时使用 KS0107B及其兼容驱动器作为行驱动器的液晶模块。 由于 KS0107B 不与 MPU 发生联系，故只要提供电源就能产生行驱动信号和各种同步信号。 MCG12864A83共有 两片 KS0108B 或兼容控制驱动器和一片 HD61203 或兼容驱动器。 综上所述 将温度传感器 Pt100 电桥采集到的温度信号经过放大电路后送入 A/D 转换模块完成A/D 转换，单片机 PIC18F4580 将采集到的信号通过 CAN 收发器发送到 CAN 总线，在于单片机 PIC18F4580 接收信号发送到液晶显示器显示。 采用电桥电路和放大器电路对信号进行采集和处理，使用含 A/D 转换的单片机 PIC18F4580 进行 A/D 转换，通过 CAN 收发器对信号进行收集和发送，最后通过液晶显示器显示。 4 软件设计 监视器主 程序 该程序主要完成对远程采集的多点温度信号，通过 CAN 收发器，在主机端使用液晶显示模块的显示，初始化 A/D,A/O 等。 流程图如 41 所示。 图 41 监视器流程图 采集系统主程序 该系统主要完成对信号的采集，处理和发送，初始化 A/D,A/O 等。 程序流程如图 42开始 CAN总线接收 按键子程序 显示 初始化 12 所示。 图 42采集系统流程图 CAN 总线的接收和发送程序 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 的初始化设计是 CAN 总线设计的重要环节 ,主要考虑 CAN 控制器的工作模式、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器的设置、波特率参数的设置和中断允许寄存器的设置 .CAN 初始化程序图。 程序流程如 43所示。 开始 初始化 数据采集 数据处理 CAN收发器发 送 13 图 43 CAN初始化程序流程图 发送数据中断子程序 根据 CAN 协议规范，数据从 CAN 控制器发送到 CAN 总线是由 CAN 控制器自动完成。 CPU只需将发送的数据发送到。