基于CANBUS智能饮水控制系统设计论文.doc

课程名称： 集散控制系统与现场总线报告名称： 基于CANBUS的智能饮水控制系统设计专业名称： 自 动 化班级学号： 118202233学生姓名： 2014 年 4 月 8 日 摘 要 本文介绍了基于CANBUS的智能饮水控制系统的硬件和软件设计，并给出了FM24C16A的芯片接口设计方法，分析了智能饮水控制系统的杭干扰措施。关键词 单片机，封频卡，CANBUS 1 引 言目前我国水资源膝乏，而在人们的日常生活中，人们对于水资源的节约意识依然是非常淡薄，浪费现象比较严重.随着科学技术的发展，人们纷纷研究各种节水方法。饮水机主要是针对像学校这些公共场所饮水收费难的问题，跟以往的饮水机相比，优点更为突出。采取智能卡管理可达到有序合理使用水资源，让学生放心使用，家长省心，学校开心，政府放心，社会满意；有偿用水，改变学生随意饮水习惯，自小培养节约用水意识；使用方便，24小时供给冷热饮用水，方便师生自主选择使用，尤其是在冬季也能随时喝上热水；费用低廉，适宜推广，其价格远远低于瓶装水，价格合理，学生家长易于接受，为人们提供了饮用水的安全保障本论文设计的是一种基于CANBUS的智能饮水控制系统 智能饮水机，使用者可以按照管理需求个性化用水，较好地解决了学校、公司、商场等公共场合的水资源浪费问题，具有很好的应用价值。2 智能饮水控制系统的工作原理本文设计的智能饮水控制系统由单片机与射频模块组成。其工作原理是:先通过上位机将射频卡的卡号下载到FRAM中;然后通过射频模块将射频卡的卡号读人到单片机中，与FRAM中卡号相比较，如果卡号存在且其内的余额能够允许一次消费，则显示卡上的余额并允许持卡人接水否则，显示false,蜂鸣器报警，禁止其接水，提醒持卡人去充值。3 硬件电路设计硬件框图如下图1所示。本设计所用的SM89C51是台湾新茂(SyncMos)公司产的8位MCU，内含4 KB FlashROM和128字节RAM和扩展I/O，自带看门狗定时器、低EMI,DBANK寻址、片内WDT RC振荡器,PWM等功能。因此本系统中不需要外扩ROM，也不必用外置的看门狗电路。存储器选用铁电存储器FM24C16A，该类型存储器可N跟随总线速度(Bus Speed)写入，并且在写入后无须任何等待时间，可以近乎无限次写人，超低功耗，断电后数据可以长时间保存，可靠性更高，系统更简单。硬件电路主要有电源电路、过零检测电路,LED显示电路、键盘接收电路射频模块接收电路、外部存储器扩展电路FM24C16A、以及CANBUS通信电路等组成。图1 智能饮水控制系统硬件框图 单片机存储器过零检测电路电源电路射频模块按键通过can总线与主机通信LED显示电路3.1 外部存储器扩展电路射频卡饮水控制系统的关键部分是射频卡卡号和本卡号的余额的存储，一旦存储出现紊乱，就会造成整个系统的数据的错误，其后果是不堪设想的。考虑到此种情况，选用了Ramtron公司的具有掉电保护功能的FM24C16A. FM24Cl6A遵守申行11C总线标准、容量为16 K位。本系统24C16A的SCI接89C51的P10端，SDA接P11端本设 计 按 24C16A页写人方式顿格式编程写入数据，先发送启动位，接着是器件地址、应答位、FRAM存储单元首地址、应答位，然后再发送数据。每2个数据位之间发一个应答位，最后发送停止位;读出数据时与此类似。3.2 显示、键盘等其他硬件显示部分采用74LS377驱动器和MC14511B译码器控制LED数码管。系统共用5只LED数码管，显示的最大数为999.99,控制系统运行后显示本机的机号和射频卡的余额，当卡号没有注册时，显示false.因为系统所用按键较少，键盘设计为独立式按键接口，通过检测输入线的电平可以很容易的判断哪个按键被按下。3.3 射频模块接收电路射频模块接收电路选用PHILIPS公司JMY一500射频读写模块。该模块具有如下特点：l 简单的命令集可完成对MifareO ne卡的全部操作；l 自动寻卡，无需上位机频繁发送寻卡指令，引脚以电平方式指示天 线区内有无卡；l 蜂鸣器和指示灯输出控制；l 自带看门狗因此它可以达到本设计的要求3.4 CANBUS 通信电路传统的RS一485通信存在抗干扰能力差，误码率高，无纠错重发机制，通信距离短，不方便扩展等缺点，而CAN具有以下几个特点:l CAN采用非破坏性仲裁技术，当2个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的可以不受影响的继续传送数据，有效避免了总线冲突。l CAN采用短顿结构，每一帧的有效字节为8个(CAN技术规范2.OA ),数据传愉时间短，受干扰的效率低，重新发送的时间短。l CA N 的每技数据都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境中使用。9 CA N 节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响 。l CA N 可以点对点、一点对多点(成组)及全局广播集中方式传送和接收数据。l CA N 总线直接通信距离最远可达成10k m/5K bps，通信速率最高可达1M bps/40m .由于 C A N总线的高可靠性，高速，远距离的特性，远优于RS-485，所以采用了基于CANBUS的方式来设计系统.CANBUS通信电路原理图如图2所示。由CAN通信控制器SJAloo。和CAN总线收发器PCA82C250组成，通过一个9针口与PC机进行通信.图2 CANBUS通信电路4 系统的抗干扰及可靠性该系统的干扰来源主要是单片机系统的供电线路，电源采用隔离变压器接人电网，隔离变压器在初级和次级之间加了一层屏蔽层。为了保证可靠性，采用两级稳压，在稳压管的两端分别申联电感来消除干扰。另外，每个集成电路芯片的电源和地之间要并上。. 1 pF的陶瓷电容，数字地和模拟地要分开，数字地线要粗而短。软件 抗 干 扰方面，采用指令冗余和软件陷阱.当CPU受到干扰后，会把一些操作数当作指令码来执行，从而引起程序混乱.由于当PC指针飞到单字节指令上时，会自动步人正轨，因此在指令中人为地擂入一些单字节指令(NOP) 同时，当程序飞到ROM中未使用的非程序区时，非程序区要能捕获PC指针并强行拉到处理故障程序中。所以要在非程序区每隔一段时间设置一个软件陷阱。5 软件设计程序设计包括主程序、中断程序、故障处理程序、FM24C16A发送接收数据程序等。程序中用到一个定时器中断:定时器。产生is的定时，使LED显示递减。故障处理程序使PC指针跳回到原来启动的相应程序段,FM24C16A的发送接收程序按朋时序要求和读写顿格式;主程序完成定时器、计数器、CAN收发器及存储器的初始化，射频卡处理，键盘操作管理，数据处理，控制输出及显示。另外，上位机用PowerB uilder8 .0 和MicrosoftSQLS erver200。一起完成。其主程序流程见图3,图3 主程序流程按键？系统初始化显示数据处理按键处理键扫描开始参考文献1 何立民.单片机应用技术选编.北京:北京航空航天大学出版社。2 李正军.计算机侧控系统设计与应用.北京:机械工业出版社。3 阳宪右.现场总线技术及其应用.北京：清华大学出版社。心得体会通过这次的学习，收获很多，不仅提高了自己在canbus应用方面的实践技能，也树立了严谨的科学作风，更培养自己综合运用理论知识解决实际问题的能力，这是一次深刻的自我实践课程的练习，在电路设计、安装、调试、整理资料等环节中，我们都碰到了很多的问题，在这一过程中我们通过不断的学习、查资料、请教老师同学等方式逐步又解决了问题,同时，在这一提出问题、解决问题的过程中，懂得了如何去学习去运用。我的是将理论知识运用到具体实践的学习，感触很深，在开始的时候往往没有头绪，不知如何下手，通过老实得值、同学的帮助，进步很大，主要有如下几方面的提高：首先，初步掌握了数字逻辑电路分析和设计的基本方法，根据设计任务和指标，初选电路，通过调查研究，设计计算，确定电路方案；选测元器件，连接仿真电路，独立进行测试，并通过调试改进方案，分析实验结果，写出设计总结报告；其次培养了一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力，在这次的电路测试中，排除一些设计故障往往牵涉到很多问题，故具有扎实的基础理论知识是设计的根本和前提，从而加深了学习理论知识的重要性，但仅有理论知识是不够的，还要有较强的变通能力，懂得真正的运用。最重要的是加深了协作与相互学习的团队精神的认识，从与同学的交