基于CAN总线的粮仓温度测量系统Word格式.docx
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年级07
指导教师郭新
2010年7月11日
目录
摘要3
关键词3
引言3
1硬件电路设计3
1.1总体设计思路4
1.2总线控制电路设计6
1.3温度传感器选择4
2软件设计6
2.1发射电路的设计6
2.2接收电路的设计7
2.3DS18B20程序设计8
3系统调试6
谢词19
参考文献19
附录1:
控制室电路图20
现场电路图20
附录2:
程序清单:
21
摘要
根据目前粮仓测温系统的情况,本文提出了基于CAN总线粮仓测温系统的方法。
利用单总线数字温度传感器芯片DS18B20(测温范围-55℃~+125℃)温度测量,用CAN总线标准设计了一种测温系统。
该系统精度高(在-10℃~+85℃时精度为±
0.5℃)、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。
关键词
CAN总线,单片机,TJA1050,SJA1000,粮仓
前言
我国是一个农业大国,每年都有大量的新粮收获,也有部分陈粮积压。
由于存储不当,造成大量的粮食浪费,给国家和人民造成了巨大的经济损失,粮仓的性能成为了粮食质量的决定因素。
以往采用的措施是用人工的方法对粮食进行晾晒、通风,喷洒药剂防止困存储不当引起的虫害,消耗了大量的人力和财力,然而,效果不佳,发霉变质等现象仍然仔在。
随着电子技术和计算机技术的发展,目前普遍采用电子和计算机对粮仓测控和管理,但是仍存在很多不尽人意的问题,如抗干扰性能差、传输数据丢失、针对这些情况提出一种基于CAN总线粮仓测温系统的设计方法。
采用CAN总线,具有通用性优良、适宜于远距离通讯、线路少且维修方便、精度高且抗干扰能力强,价格低廉等特点,应用范围比较广泛,是一种比较有经济价值的监控系统。
CAN的直接通信距离最远可达10km(速率5kbps以下),通信速率最高可达1MbPs(通信距离最长为40m)。
CAN是控制器局域网(ControlAreaNetwork)的简称,最早由德国BOSCH公司推出,用于解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换。
其特性为:
多主方式工作,不分主从,网络上任意节点均可主动随时向网络其他节点发送信息,且无需站地址等节点信息;
CAN采用非破坏总线仲裁技术,大大节省了总线冲突仲裁时间,尤其在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况;
CAN的直接通信距离可达10km(速率5kbps以下)通信速率最高可达1MbPs(此时通信距离最长为40m)CAN总线上的节点数主要取决于总线驱动电路,报文采用短帧结构,传输时间短,受干扰率低,每帧信息都有CRC校验及其他检错措施,保证了数据出错率极低;
CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上的其他节点的操作不受影响。
CAN总线的卓越特性,低廉价格,极高的可靠性和灵活结构,特别适合工业过程监控设备之间的互连。
在国际上已被公任为最具前途的现场总线之一。
第一章硬件电路设计
1.1总体设计思路
CAN总线模块采用AT89C52作为微处理器,在CAN总线通信接口中采用PHILIPS公司的SJA1000和TJA1050芯片,SJA1000是独立CAN通信控制器,TJA1050为高性能CAN总线收发器。
电路主要由微控制器AT89C52、独立CAN通信控制器SJA1000、CAN总线收发器TJA1050和高速光电耦合器6N137四部分所构成。
微处理器AT89C52负责SJA1000的初始化,通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。
系统原理框图如图1
图1系统原理框图
1.2总线控制电路设计
SJA1000的ADO-AD7连接到AT89C52的P0口,RD、WR、ALE分别与AT89C52的对应引脚相连,INT接AT89C52的INT0,AT89C52也可通过中断方式访问SJA1000。
为了增强CAN总线模块抗干扰能力,SJA1000的TX0和RX0通过高速光耦相连,这样就很好地实现了总线上各CAN模块间的电气隔离。
TJA1050与CAN总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施,TJA1050的CANH和CANL引脚各自通过120欧姆的电阻与CAN总线相连,电阻可起到一定的限流作用,保护TJA1050免受过流的冲击。
CANH和CANL与地之间并联了两个0.1uF的小电容,可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的作用。
另外,在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管,当CAN总线有较高的负电压时,通过二极管的短路可起到一定的过压保护作用。
CAN总线控制器SJA1000的接口电路如图2
图2SJA1000接口电路
1.3温度传感器选择
DS18B20在食品库、冷库、粮库、温室等需要控制温度的温控系统中得到广泛的应用,因此采用DS18B20。
温度传感器DS1820(图3),集成了温度传感器、信号调整电路、A/D采样和转换电路、存储器等部件。
它可以直接以数字量的形式输出被测环境的温度而不需要配加其它外围电路。
与传统的温度传感器(AD590、LM35)一个器件需要一条数据线相比具有十分突出的优越性。
测温范围-55℃~+12℃,在-10℃~+85℃时精度为±
0.5℃,可编程的分辨率为9~12位,对应的可编程温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃,转换时间为750ms。
图3DS18B20
第2章软件设计
2.1CAN发送数据程序
发送数据程序把数据存储区中待发送的数据取出,组成数据帧,并将主机的ID地址填入帧头,然后将数据帧发送到CAN控制器的发送缓冲区。
其数据帧形式如下:
帧起始→仲裁场→控制场→数据场(8B)→CRC场→ACK场→帧结束。
在接收到主机的发送请求后,发送程序启动发送命令。
数据从CAN控制器发送到总线是由CAN控制器自动完成的。
2.2接收电路的设计
数据从CAN总线到CAN控制器的接收缓冲区也是由CAN控制器自动完成的。
接收程序只需从接收缓冲区读取数据,并将其存储在数据存储区。
接收和发送数据的中断程序流程
2.3DS18B20程序流程图
3系统调试
试验所涉及的2个软件keil和AltiumDesigner以下是仿真步骤。
程序调试部分keil:
先新建一个工程,并保存在所建工程弹出的对话框中选择AT89C52处理器。
新建一个文档以编辑程序,将所设计的程序输入到新建文档中,并保存文档。
将所保存的文档添加到工程中去,再进行工程配置,点击Project菜单下的OptionsforTarget,在弹出的对话框中设晶振为12MHZ,将CreateHEXFile打上勾,再编译文件。
仿真部分AltiumDesigner:
运行AltiumDesigner后进入仿真界面将所需组件选择好,根据原理图画出仿真图,待仿真图画好后进行仿真。
谢词
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
回顾起此次CAN总线课程设计,至今我仍感慨颇多,首先应感谢学校为我们提供这次学习的机会。
的确,从理论到实践,在一个星期的日子里,可以说得是苦多于甜,但是可以学到很多很多的的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
这次实习让我受益匪浅,无论从知识上还是其它的各个方面。
能够理论联系实际的学习,开阔了眼界,提高了CAN总线知识的理解和水平。
CAN总线是很实用的一门课程,我真心感谢郭老师对我们的精心指导和帮助,感谢同学们对我的帮助。
参考文献
[1]王俊杰等,DS18B20在粮仓测温系统上的应用,郑州轻工业学院学报,2007年10月,Vol.22-5:
P83-85
[2]管力锐等,单片机在大型粮库温度测量中的应用,长春光学精密机械学院学报,2000,6,23,2:
P52-55
[3]饶运涛,邹继军,王进宏.现场总线CAN原理与应用技术(2版)[M].北京:
北京航空航天大学出版,2007.
[4]陈杨,刘曙生,龙志强.基于CAN总线的数据通信系统研究[J].测控技术,2000,19(10):
53-55.
附录一控制室电路
现场电路图
程序清单
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- 关 键 词:
- 基于 CAN 总线 粮仓 温度 测量 系统