基于CAN总线的温度控制系统

基于CAN总线的温度控制系统序言控制器区域网络(CAN)总线(也称为凸台)是现代汽车技术中领先的一种多主机本地网络，具有卓越的性能、可靠、独特、灵活的设计和低廉的价格，可用于当前工业现场控制智能大厦地球安全交通工具医疗设备环境监控等众多领域，被认为是几个最有希望的现场总线之一总线规格由ISO国际标准组织(ISO international standards organization)制定为国际标准，CAN协议主要基于数据链路层和物理层工作的国际标准组织的开放系统互连参考模型。用户可以根据适合系统实际需要的应用层通信协议进行开发，但是CAN总线的高可靠性大大简化了应用层通信协议。CAN总线的物理层是将ECU连接到总线的驱动程序电路。ECU总数限制为总线的电气负荷。物理层主要定义总线的物理数据传输过程，作为连接媒体、线路电气特性、数据的编码/解码、位定时和同步的实施标准。控制器LAN CAN是迄今已被批准为国际标准的少数现场总线之一。网络可以以多主体方式工作。本产品采用非破坏性总线仲裁技术，控制和信号传输采用短帧结构，耦合低，抗干扰能力强。传输介质可以是双绞线、同轴光纤或电缆，选择非常灵活。每个帧信息都有CRC检查和其他错误检测措施，因此数据错误发生率很低，可靠性很高。如果传输信息的错误很严重，节点可以自动断开与总线的连接，以免影响总线上的其他操作。USB、PCI等总线技术正在快速发展，但是常用的测试计算机和工业计算机使用的ISA总线最多。ISA总线以16位数据宽度提供高达8MHz的工作频率和16MB/s的数据传输速率、24条地址总线、16MB的地址单元，总线信号分为5类：数据线、控制线、地址线、电源线和时钟线。控制器局域网可以属于现场总线的类别，是有效支持分布式控制系统的串行通信网络。这是德国保税公司20世纪80年代为汽车行业专门开发的一种串行通信总线。高性能、高可靠性和独特的设计引起了越来越多的关注，并被广泛应用于许多领域。CAN总线具有非常高的实时性能和应用程序范围，允许从高达1Mbps的比特率到低成本的多线路50Kbps网络的任意组合。因此，CAN总线已广泛应用于工业控制、汽车产业、航空产业和安全保护领域。现场总线是应用于生产中最低层的一种基于总线的拓扑结构的网络，用作现场控制系统，是直接连接到所有受控节点的通信网络。受控设备和网络所在的环境可能非常特殊，对信号的干扰往往是多方面的，所以控制必须是实时的。CAN控制器SJA1000的地址数据总线通过降低ails信号，沿可锁定总线的地址信号时分多路复用。ISA总线的数据总线和地址是单独提供的，不直接连接到SJA1000的地址数据总线。此设计使用地址解码电路解码地址信号线，为CAN适配器卡分配特定端口地址。然后，利用74HC373芯片的数据锁定功能，将从第一I/o操作通过ISA数据总线传递的数据信号存储为访问CAN控制器SJA1000的寄存器的地址信号，最后在第二I/o操作中完成对SJA1000的相应地址寄存器的读取和写入操作。这也是其他现场公共汽车贫乏，目前公共汽车能在很多领域被广泛采用的原因。节点是智能节点，与其他多条现场总线相比，网络上信息的下一条CAN总线成本最低，但性能不如接收站和发送站，由微处理器和可编程CAN控制芯片组成。有独立的通信控制芯片和微控制器接口组合在一起，如芯片P8XC592。后者的优点是比较灵活。DALLAS最新的单线数字温度传感器DS18B20体积更小，应用电压更大，经济实惠。DALLAS半导体公司的数字温度传感器DS1820是世界上第一个支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线的独特、经济高效的特点，使用户可以轻松地构建传感器网络，在测量系统建设中引入新的概念。DS18B20、DS1822“单线总线”数字温度传感器与DS1820一样，测量DS18B20度温度范围为-55c到125c，并支持-10c到85c范围内精度为0.5C的“单线总线”接口。DS1822的准确度下降到2C。现场温度以“一线总线”的数字方式直接传输，大大提高了系统的抗干扰能力。适合设备或工艺控制、环境控制、温度测量消费电子产品等恶劣环境的现场温度测量。与上一代产品不同，新产品支持3V到5.5V的电压范围，系统设计更加方便灵活。新一代产品更便宜，更小。DS18B20、DS1822的特性是DS18B20，其精度为0.5C，可通过程序设置9至12个字符的分辨率。您可以选择较小的封装方式、较大的电压复盖范围。分辨率设置和用户设置的警报温度存储在EEPROM中，断电后仍保持不变。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性价比也很高！DS1822与DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。省去了存储自定义分辨率参数和警报温度的EEPROM，将准确性降低到2C，是性能要求不高、成本控制严格的应用程序的理想经济型产品。DS1820开创了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822在特性、电压和包装方面有更多选择，可创建经济高效的温度测量系统。1整体设计1.1任务背景随着科学技术的快速发展，过程控制领域在过去的两个世纪里发生了巨大的变化。20世纪60年代出现的基于5-13 psi的气动信号标准标志着控制理论的早期形成，20世纪50年代基于4-20ma或0-10ma的电流模拟信号的模拟过程控制系统得到了广泛应用，标志着电气自动控制时代的到来，20世纪70年代随着数字计算机的介入，出现了“集中控制”集中式控制计算机系统，即“集中控制”随着高速增长的微处理器的广泛应用，数字通信网向工业现场扩展，以微处理器为核心，使用集成电路代替普通电子线路，实现信息收集、处理、显示、传输和控制优化等功能的智能设备也应运而生。设备之间相互控制、通信，对精度、可靠性和可维护性、操作性等有更高的要求。因此，现场总线的发生是不可避免的。现场总线是应用于生产中最低层的一种基于总线的拓扑结构的网络，用作现场控制系统，是直接连接到所有受控节点的通信网络。受控设备和网络所在的环境可能非常特殊，对信号的干扰往往是多方面的，所以控制必须是实时的。20世纪80年代初，开始讨论现有公共汽车系统用于轿车的可能性。在1986年2月的SAE会议上，bose建议使用CAN，并将其命名为“automotive serial controller area network”(自动串行控制器区域网络)。现在，几乎所有在欧洲诞生的新车都安装了一个或多个CAN网络系统。CAN网络系统还应用于从列车到船舶的其他种类的运输工具和工业控制。仅1999年就启动了近6，000万个CAN控制器，2000年就达到了1亿个。1.2发展意义CAN总线现已扩展到机械行业、农业机械、纺织机械、CNC机床、机器人、家电和其他行业，这不仅限于汽车行业，因为多主体模式操作、非破坏性总线仲裁、远程直接通信、灵活通信媒体、性价比功能。CAN总线已经形成了国际标准，被公认为最有希望的现场总线之一。对CAN总线的开发具有重要的现实意义。1.3完成任务的能力利用P89C51单片机、SJA1000CAN控制器设计和开发智能温度节点实时上传、显示测量的温度并接收控制温度的命令。2系统硬件设计2.1系统摘要Pc级别转换发送和接收主节点温度节点控制节点RS232总线CAN总线图2.1-1系统摘要2.2硬件电路图5、7、8、12本文设计的CAN总线系统智能节点是使用89C51作为节点的微处理器，并在CAN总线通信接口中使用PHILIPS公司的SJA1000和隔离CAN收发器模块。SJA1000是独立CAN、CTM系列模块，是集成电气隔离、电源隔离、CAN收发器，是受总线保护的隔离CAN收发器模块。如图所示，CAN总线系统智能节点硬件电路隔离了主要由四部分组成的微控制器89C51、独立CAN通信控制器SJA1000 CAN、CAN收发器模块和DS18B20数字温度传感器。89C51负责初始化SJA1000，控制SJA1000以执行诸如发送和发送数据等通信任务。SJA1000上的ad0a到D7连接到89C51上的P0端口，CS允许CPU对SJA1000进行相应的读写操作。SJA1000中的INT连接到89C51的INT0、89C51也可以中断访问SJA1000。以继电器状态显示的89C51上的P3.0连接LED。控制P3.1电阻控制温度的继电器。89C51的P0是数码管的破裂代码，P2是位代码。以两位数显示实时测量温度和温度控制点。CTM系列模块是集成电气隔离、电源隔离、CAN收发器，是RXD、TXD针兼容3.3v和5v的CAN控制器，允许使用3.3V或5V的CAN控制器直接将3.3V或5V的CAN控制器连接到CTM模块的发送和接收针脚。图2.2-1硬件原理图3系统模块简介3.1 P89C51微控制器1，2，6，9P89C51是一个8位微控制器，包含使用PHILIPS半导体公司高密度、非易失性存储技术制造的4kbytes可重复写入闪存只读程序内存(CMOS)和128 bytes随机访问数据存储(RAM)。与通用8位中央处理器(CPU)和内置闪存存储设备的标准MCS-51命令系统兼容，功能强大的P89C51微控制器提供多种性价比高的应用程序，可灵活应用于各种控制领域。3.1.1功能概述P89C51提供32个I/O端口线路、2个16位定时/计数器、1个5矢量2级中断结构、1个全双工串行通信端口、带片上振荡器和时钟电路的4k字节闪存、128字节内部Flash。同时，P89C51可能会降级为OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件选项节能操作模式。在空闲状态下中断CPU活动，以便RAM、定时/计数器、串行通信端口和中断系统继续运行。在电源关闭的情况下存储RAM的内容，但使振荡器停止工作，并阻止所有其他部件工作，直到下一个硬件重置。3.1.2针脚功能说明图3.1.2-1几脚功能图接脚功能描述P0端口：PO端口是一组8位复盖型双向I/0端口，即地址/数据总线多路复用器。用作输出端口时，可以驱动能够吸收电流的每个8个TTL逻辑门电路，并将端口写入“1”用作高阻抗输入端。Pl端口：P1是具有内部下拉功能的8位双向I/O端口，P1的输出缓冲区可以驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑栅极电路。P2端口：P2是具有内部下拉功能的8位双向I/O端口，P2的输出缓冲区可以驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑栅极电路。P3视口不仅是典型的I/0 I/0立方体，还有更重要的用途，如下表所示，是第二个功能。表3.1.2-1第二个功能端口针脚第二个功能P3.0串行输入端口P3.1串行输出端口P3.2外部中断0P3.3外部中断1P3.4计时/计数器0P3.5计时/计数器1P3.6外部数据存储写入门控P3.7外部数据存储读取门控P3端口还接收用于闪存编程和程序验证的某些控制信号。XTAL1:振荡器倒相放大器和内部时钟生成器的输入部。XTAL2:振荡器逆相放大器输出。3.2 CAN控制器SJA10003，10，12SJA1000是独立的CAN控制器，主要用于一般行业环境中的区域网络控制和移动目标。它取代了美国PHILIPS半导体公司PCA82C200 CAN控制器，并添加了支持CAN2.0B协议的新操作模式PeliCAN。3.2.1主要性能特性SJA1000的主要性能特征包括：针脚与PCA82C200独立CAN控制器兼容电气特性与PCA82C200独立CAN控制器兼容具有扩展接收缓冲区的64字节先进先出(FIFO)。支持CAN2.0A/B协议支持29位和11位标识码高达1Mbps的通信位速率扩展验收过滤器时钟频率为24MHz与其他微处理器接口可编程CAN输出驱动器配置等。3.2.2 SJA1000针脚功能说明图3.2.2-1 SJA1000针脚表3.2.2-2 SJA1000针脚功能符号编号拖脚气力AD0 AD72，1，28 23地址/数据多路复用总线爱尔3AS信号INTEL方式或AS信号Motorola方式/CS4可以在切片选择输入低级别访问SJA1000/RD5微控制器读取信号基于Intel方法或e信号Motorola/WR6微控制器写入信号Intel方法或读写信号M