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一種基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文
摘要：
根據(jù)溫度控制系統(tǒng)的需要，本文設(shè)計(jì)了一種基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)采用80C552單片機(jī)作為主控制器，控制并處理采集到的溫度數(shù)據(jù)，并通過(guò)CAN控制器SJA1000將數(shù)據(jù)送至上位機(jī)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，便于擴(kuò)展及維護(hù)。
關(guān)鍵詞：CAN總線80C552SJA1000溫度控制系統(tǒng)
溫度是工業(yè)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一，隨著微機(jī)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)測(cè)控技術(shù)在溫度測(cè)量與控制中廣泛使用，該控制簡(jiǎn)單方便，測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣。
由于CAN總線廣泛應(yīng)用于從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中的各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。所以本文設(shè)計(jì)了一種基于CAN總線的溫度測(cè)量和控制裝置，能夠?qū)訜釥t中的溫度進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)溫度設(shè)定值給出的調(diào)節(jié)量，驅(qū)動(dòng)控制電路，對(duì)爐溫進(jìn)行控制。
1、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。
基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。在該系統(tǒng)中，被控對(duì)象是加熱爐，被控參數(shù)是加熱爐內(nèi)的爐溫，該系統(tǒng)主要由上位機(jī)和各個(gè)CAN總線智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)組成，上位機(jī)主要采用傳統(tǒng)的PC機(jī)，并通過(guò)CAN總線智能適配卡PCCAN與分布在CAN總線上的各個(gè)智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，并接受下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)，下位機(jī)主要是采集各個(gè)測(cè)控節(jié)點(diǎn)觀測(cè)加熱爐內(nèi)的溫度參數(shù)。
2、CAN總線智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)。
下位機(jī)的CAN總線智能觀測(cè)節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)中主要作用是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制以及與CAN總線進(jìn)行通信。
下位機(jī)CAN智能觀測(cè)節(jié)點(diǎn)采用Philips公司生產(chǎn)的80C51系列單片機(jī)80C552作為主控制器，該控制器以80C51為內(nèi)核，指令系統(tǒng)與MCS—51系列單片機(jī)完全兼容。使用80C552控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以簡(jiǎn)化硬件裝置，從而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性顯著提高。通信接口部分采用Philips公司生產(chǎn)的CAN通信控制器SJA1000和CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C250，實(shí)現(xiàn)與CAN總線的數(shù)據(jù)通信。
3、CAN通信接口硬件電路設(shè)計(jì)。
CAN總線控制器SJA1000由微控制器80C552通過(guò)P0口的8位地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線和讀寫(xiě)控制信號(hào)進(jìn)行控制。SJA1000的中斷請(qǐng)求信號(hào)INT接80C552的外部中斷輸入INT0，CAN總線控制器可以通過(guò)中斷方式與微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
SJA1000的片選信號(hào)CS由微控制器80C552的P2。1提供，在訪問(wèn)SJA1000時(shí)，只要P2。1引腳輸出低電平即可。SJA1000的Tx0和Rx0與82C250的TxD和RxD相連，82C250的CANH和CANL引腳各自提供一個(gè)5Ω電阻與CAN總線相連，起限流電阻作用，保護(hù)82C250免受過(guò)流沖擊。另外兩根CAN總線輸入端和地之間分別接一個(gè)防雷二極管，CAN總線兩端接有120Ω電阻，起匹配總線阻抗，提高數(shù)據(jù)通信的抗干擾性和可靠性。
4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)和測(cè)控節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)通信設(shè)計(jì)兩部分。
�。�1）智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)。
測(cè)控節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)包括三大部分：80C552單片機(jī)與CAN總線初始化、溫度數(shù)據(jù)采集與處理及數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)思路。
80C552單片機(jī)初始化包括I/O口初始化、A/D轉(zhuǎn)換初始化和為傳感器接口分配合適的存儲(chǔ)單元，SJA1000初始化包括主要是設(shè)置CAN的通信參數(shù)：波特率、發(fā)送通道、接收通道、標(biāo)識(shí)符碼等信息。
初始化結(jié)束之后，80C552單片機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集通道，調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序及數(shù)據(jù)采集與處理子程序，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后單片機(jī)將數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)送往LCD進(jìn)行顯示，當(dāng)單片機(jī)接收到上位機(jī)要求發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，啟動(dòng)發(fā)送子程序，將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)。
�。�2）上位機(jī)與智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的通信設(shè)計(jì)。
上位機(jī)與80C552單片機(jī)之間的通信設(shè)計(jì)主要有：通信協(xié)議的設(shè)定、SJA1000初始化及報(bào)文的發(fā)送與接收，SJA1000初始化已經(jīng)在80C552單片機(jī)初始化階段完成，根據(jù)所設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)需要，報(bào)文格式采用標(biāo)準(zhǔn)幀格式。
發(fā)送子程序過(guò)程如下：發(fā)送子程序?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)待發(fā)送的數(shù)據(jù)取出，加上標(biāo)識(shí)符等信息，組成信息幀，待發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)清空后，將信息幀發(fā)送至SJA1000的發(fā)送緩沖區(qū)。在接收到上位機(jī)發(fā)送的控制命令后，啟動(dòng)發(fā)送子程序，將信息數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
相反，接收過(guò)程如下：信息從CAN總線送至SJA1000的接收緩沖區(qū)，接收程序從接收緩沖區(qū)讀取信息，并將其存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，接收方式采用中斷接收。
5、結(jié)語(yǔ)。
本文主要介紹了一種基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及CAN總線通信系統(tǒng)，采集的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線傳送至上位機(jī)，方便后期的數(shù)據(jù)分析，上位機(jī)通過(guò)軟件查詢方式，可以實(shí)現(xiàn)CAN總線接口的即插即用，使多個(gè)溫度測(cè)控節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，降低了成本，同時(shí)方便于后期性能的擴(kuò)展和系統(tǒng)維護(hù)。
參考文獻(xiàn)：
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