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1 课程名称 课程名称 集散控制系统与现场总线集散控制系统与现场总线 报告名称 报告名称 基于基于 SJA1000SJA1000 实现温度检测信息的实现温度检测信息的 CANCAN 总线传输总线传输 专业名称 专业名称 自自 动动 化化 班级学号 班级学号 学生姓名 学生姓名 2011 年年 12 月月 30 日日 2 摘要摘要 本文设计了一个基于数字式温度传感器 DS18B20 和独立 CAN 控制芯片 SJA1000 的用于温度检测和 can 总线传输的模块 该模块可以精确地测量出环 境温度 并将采集的数据通过 can 总线传输 通信可靠 可实现安防及报警的 功能 本文详细介绍其硬件设计电路及相关软件设计 关键词 关键词 SJA1000 DS18B20 温度检测 CAN 总线传输 3 目录 1 1 温度检测及温度检测及 SJA1000SJA1000 的硬件电路设计的硬件电路设计 3 3 1 1 单片机的选取 3 1 2 传感器的选取 3 1 3 独立 CAN 控制芯片 SJA1000 4 1 4 CAN 总线收发器 PCA82C250 4 1 5 工作框图及硬件连接原理图 4 2 2 软件部分的设计软件部分的设计 5 5 3 3 心得体会心得体会 6 6 参考文献参考文献 6 6 4 1 1 温度检测及温度检测及 SJA1000SJA1000 的硬件电路设计的硬件电路设计 本模块可作为典型的传感器有线网络节点 可广泛应用于工业级现场 所 以模块的电路设计必须考虑到阻容分布参数及噪声的影响 以确保通信准确可 靠 1 1 1 1 单片机的选取单片机的选取 本模块选用宏晶公司的高速低功耗单片机 STC89C51 作为微控制器 其工作 电压为 2 5 5 5V 该单片机的耗电电流在 2 7 7mA 之间 因不同的工作模式 而不同 用外部中断请求将 CPU 唤醒只需要 10us 因此该单片机能在低功耗模 式下具有快速实时响应的特点 此外 STC89C51 是增强型 8051 单片机 比传 统 51 内核单片机速度快 8 到 12 倍 并集成了 8 通道 10 位精度的 A D 模块 串 口 SPI 接口 片内看门狗定时器等 由于与 SJA1000 通信需要通过 AD7 AD0 地址 数据总线来传输数据 STC89C51 端口正好满足该接口的要求 1 1 2 2 传感器的选取传感器的选取 本模块是用于采集环境温度并进行 CAN 总线传输 实际应用中可根据工程 需要接入其它的传感器 如人体红外传感器 烟雾报警传感器等 进行对应的 参数检测 温度传感器选用 Dallas 公司的可编程单线数字式温度传感器 DS18B20 实现 环境温度采集 该传感器体积小 外形如普通三极管 其内部集成有测温传感 器及逻辑控制电路 DS18B20 的外围电路简单 成本低 测温精度较高 可以 设定 9 12 位的分辨率 精度为 0 5 可以满足一般应用的要求 它还有很 多优点 例如 直接输出数字信号 无需后续的信号处理及 A D 转换部分 单 总线是指一根信号线上可以挂连多个 DS18B20 可用于多点测量 1 1 3 3 独立独立 CANCAN 控制芯片控制芯片 SJA1000SJA1000 SJA1000 是 PHILIPS 公司早期 CAN 控制器 PCA82C200 的替代品 功能更强 具有如下特点 与 PCA82C200 引脚兼容 电气兼容 并完全支持 BasicCAN 工 作模式 扩展的接受缓冲器 64 字节 先进先出的 FIFO 结构 和 CAN2 0B 兼容 同时支持 11 位和 29 位识别码 位速率可达 1Mbit s 支持 PeliCAN 模式及其扩展功能 通过对输出控制寄存器 OCR output control register 进行编程配置可设置不同的输出驱动类型 增强的温度 5 适应 40 125 1 1 4 4 CANCAN 总线收发器总线收发器 PCA82C250PCA82C250 PCA82C250 是 CAN 协议控制器和物理总线和物理总线之间的接口 该器件 对 CAN 物理总线提供差动发送能力并对 CAN 控制器提供差动接收能力 可实现 将 CAN 节点与 CAN 物理总线电气隔离的功能 PCA82C250 是应用最广泛的 CAN 收发器 PCA82C250 的特点是 高速度 波特率可达 1Mbps 支持低电流待 机模式 未供电的节点不会干扰总线 内部斜率控制电路以降低射频干扰 差动接收器具有宽共模范围 有很强的抗电磁干扰 EMI 能力 1 1 5 5 工作框图及硬件连接原理图工作框图及硬件连接原理图 上述各器件组成的单个模块结构图及信号走向图如图 1 所示 假定一个应用环境为某车队车库 各个车库温度检测信息通过 CAN 总线网 络传输到调度室中 整体工作框图如图 2 所示 温度传感器MCUPCA82C250SJA1000 图 1 单个模块结构图 主节点从节点 n从节点 2从节点 1 调度室车库 1车库 n车库 2 CAN H CAN L 图 2 整体工作框图 具体的单个模块电路原理图如图 3 所示 各个芯片的 VCC GND 分别接电源 接地 单片机与 SJA1000 的 AD7 AD0 WR RD ALE 对应连接即可 现在介绍 几个关键连接点 STC89C51 的 P1 0 口是温度传感器 DS18B20 的数据采集口 必须用 5V 电源接一个 4 7K 的上拉电阻 SJA1000 的接受信息中断口 INT 为 开漏输出 连入 STC89C51 的 INT0 口时也需接一个上拉电阻 大小为 CAN H CAN L 6 10K STC89C51 为高电平复位 SJA1000 为低电平复位 二者必须有独立的复 位电路 物理总线的主节点和尾节点的 CAN H 和 CAN L 之间各需匹配上 120 欧姆的终端电阻 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 RD WR ALE CS INT VDD MODE TX0 RX0 RST XTAL1 XTAL2 GND SJA1000 1K R1 C1VCC Y1 VCC GND AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 RD WR ALE INT0 P2 0P1 0 EA XTAL1 XTAL2 RST STC89C51 C2 C3 VCCVCC DQ Y2 C5 C6 C4 R2 VCC TXD 1 RXD 4 VREF 5 RS 8 GND 2 VCC 3 CANL 6 CANH 7 PCA82C250 CAN H CAN L R3 VCC 图 3 单个模块电路原理图 2 2 软件部分的设计软件部分的设计 程序设计主要包括测温程序和 CAN 总线通信程序 测温程序的设计流程是 DS18B20 复位 ROM 操作 存储器操作 启动温度 转换并读取数据 所测得的温度数据是以 16 位带符号位扩展的二进制补码形式 给出 程序设计关键是读取温度数据时的延时数值一定要准确 在规定的时序 范围内才能准确读出每一位的值 CAN 总线通信程序的总体设计流程是 头文件中先定义好 SJA1000 的寄存 器所在的物理地址 然后使 SJA1000 进入复位模式初始化各个寄存器 将温度 数据形成报文装入发送缓冲区 调用发送子程序 等待接收中断并读取接收缓 冲区数据 如果是主节点回复的确认帧则该节点 单片机进入低功耗模式 直到 由主节点再发来命令报文唤醒 程序流程图如下 7 STC 单片机初始 化 启动温度检测 SJA1000 初始化 发送温度数据 进入低功耗模式 Yes 接受确认信息No 图 4 主程序的流程图 由 接 收 到 主 节 点 指 令 唤 醒 8 3 3 心得体会心得体会 本模块的功能是采集温度信息 并通过基于 SJA1000 的 CAN 总线网络将信 息传输至其它节点 当各个从节点的温度数据异常时 主节点会实时准确地显 示出该信息 进而进行管理或报警 本模块还可以进行传感器扩展和 CAN 网络 扩展 根据实际需要只要在单片机端口接入其它传感器就可以用来采集相应的 参数 同时如将终端节点的 SJA1000 通信程序改配置为 CAN 网关转发程序即可 扩大 CAN 网络容量 CAN 总线是非常有前途的工业级现场总线 本模块可以广 泛应用于工业数据采集 车库安防等领域 参考文献参考文献 1 饶运涛 邹继军 郑勇芸 现场总线应用技术丛书 北京 北京航空航天大学出版社 2003 2 陈书旺 张秀清 董建彬 传感器应用及电路设计 北京 化学工业出版社 2008 3 Dallas Semiconductor DS18B20

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