基于CAN总线的多点温度采集系统的设计

1、毕业论文基于can总线的多点温度采集系统的设计design of multi-spot temperature gathering system based on can bus 基于can 总线的多点温度采集系统的设计摘 要 为了提供作物生长所需要的最佳生态环境,需要对温室环境温度进行实时监控。为此,考虑到can 总线的主要特点,并从低成本和可靠性以及技术优势的角度出发,提出了基于can 总线的多点温度采集系统,该系统不仅具有温室环境温度的测控功能,还可以进行集中监控，数据管理等功能。 本文设计了一种基于can总线的远程多点温度采集系统，主要由一个主监视器和多个温度采集点组成。通过can收发

2、器ctm8251完成对总线信号的读取以及向总线上发送命令，现场端通过温度传感器pt100电桥电路采集温度信号，然后经过放大电路送入内含a/d转换器的单片机pic18f4580的数据采集模块完成a/d转换，通过can收发器将信号传至主监视器，使用mcg12864a8-3液晶显示器实现数据显示。关键词: pic18f4580 can总线 ctm8251收发器 传感器pt100 液晶显示器design of multi-spot temperature gathering system based on can busabstract in order to provide the best eco

3、logical environment which the crops grow need, needs to carry on the real-time monitoring to the greenhouse ambient temperature. therefore, considered the can buss main feature, and from the low cost and reliable as well as technical superioritys angle embarking, proposed based on the can buss multi

4、-spot temperature gathering system, this system not only has the greenhouse ambient temperature observation function, but may also carry on functions and so on centralized monitor, according to management. this article has designed one kind based on the can buss long-distance multi-spot temperature

5、gathering system, is mainly composed of a transmission monitor and many temperature gathering spot. completes through can transceiver ctm8251 to the bus signal read as well as to the bus on the routing directive, the scene end through the temperature sensor pt100 bridge circuit gathering temperature

6、 signal, then sends in after the amplifying circuit contains a/d switchs monolithic integrated circuit pic18f4580 data acquisition module to complete a/d to transform, passes on through the can transceiver the signal to the transmission monitor, uses the mcg12864a8-3 liquid-crystal display to realiz

7、e the data demonstration.keywords： pic18f4580 can bus ctm8251 transceiver sensor pt100 liquid-crystal display目 录引言1第一章 概述21.1 研究背景21.2 国内外研究状况21.3 研究的目的和意义3第二章 总线技术42.1 总线概述42.1.1 总线42.1.2 现场总线的特点52.2 can总线72.3 can 总线的应用与发展8第三章 系统硬件设计103.1 硬件设计103.1.1温室采集系统功能要求103.1.2硬件设计任务103.1.3软硬件功能分配113.2 硬件设计的模

8、块选择113.3 总结16第四章 软件设计174.1 主程序174.1.1监视器主程序174.1.2采集系统主程序174.2 can总线的接收和发送程序184.3 a/d转换模块程序204.4 液晶显示模块程序214.5 按键子程序22结论23致谢语24参考文献25附录126附录227附录328引 言can总线是一种有效支持分布式的串行通信网络，实时性强，可靠性高，抗干扰能力强。can总线在传输距离小于40m 时，最大传输速率可达到1mb/s，当传输距离为10km 时，目前can总线仍可提供高达50kbit/s 的数据传输速率。can总线工作在多主控方式，网络中的每个节点都可根据总线访问优先权

9、，采用无破坏逐位仲裁方式获得总线使用权。can总线对数据块进行编码，可一次完成一点对多点的数据通信，增强网络中各节点之间数据通信的实时性并且易构成冗余结构，提高系统可靠性与灵活性1。从温室环境监测领域来讲，由于各种温室在地域上分散分布，要总揽现场环境信息和作物生长状况，或要实现对分散在各地的温室进行状态监测，没有一个远程环境监测系统是很困难的。使用基于can总线的多点温度采集技术和实现远程温室环境监测，即在远离温室现场的异地，通过can总线进行温室设施的温度的采集、读取，也可以变更数据采集设备的一些工作参数，极大地提高了工作效率，方便了用户2。本系统使用了多个电路模块的硬件设计实现了多点温度采

10、集的功能，主要完成远程数据采集及处理，通过can总线远距离传输，然后在液晶显示器上完成数据的显示。5毕业论文第一章 概述1.1 研究背景信息技术的飞速发展，引起了自动化领域的深刻变革，并使自动化领域逐渐形成了开放系统互联通信网络，形成了全分布式网络集成化自控系统，而现场总线正是这场变革中的重要技术，被誉为“自动化领域的计算机局域网”，它的出现标志着工业控制技术进入一个新时代，并对该领域的发展产生重要影响。自上世纪80年代以来，几种现场总线技术，诸如：基金会现场总线(ff),局部操作网络(lonworks)、过程现场总线(profibus)、控制器局域网(can)和可寻址远程传感器数据通路(ha

11、rt)已逐渐形成其影响力，并在一些特定的应用领域显示了自己的优势，它们具有各自的特点，也显示了较强的生命力3。智能温室控制系统是近年来逐步发展起来的一种资源节约型高效农业发展技术，它是在普通日光温室的基础上，结合现代化计算机自控技术、智能传感技术等高科技手段发展起来的。智能温室控制主要是控制温室内的温度、湿度、通风、光照等，创造出适合作物生长的最佳环境，同时还需对影响作物生长的各种营养元素进行动态的配方管理，在这种控制中，温度、湿度、co2含量、光照等被控量之间存在着强烈的相互关系，某个被控量的改变，会影响到其他被控量的变化。智能温室控制综合了多方面的技术，为植物的生长创造了适宜的环境，使植物

12、的产量与质量有了很大的提高，因此已成为高效农业的一个发展方向4。1.2 国内外研究状况国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代，先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统，目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。像园艺强国荷兰，以先进的鲜花生产技术著称于世，其玻璃温室全部由计算机操作。日本研制的蔬菜塑料大棚在播种、间苗、运苗、灌水、喷药等作业的自动化和无人化方面都有应用5。我国对于温室控制技术的研究较晚，始于20世

13、纪50年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上，才掌握了人工气候室内微机控制技术，该技术仅限于温度、湿度和co2浓度等单项环境因子的控制，之后，我国的温室控制技术得到了迅速发展。20世纪50年代，我国先后从欧美和日本等发达国家引进了21.2hm2连栋温室。“九五”初期，以以色列温室为代表的北京中以示范农场的建立，拉开了我国第二次学习和引进国外现代温室技术的序幕，到上世纪90年代中后期，在对国外温室设备配置、温室栽培品种、栽培技术等各个方面进行研究的基础上，我国自主开发了一些研究性质的环境控制系统。目前，国内从事温室制造的企业已从20世纪50年代的56家发展到30余家。我国的温室

14、环境控制技术与国外技术相比还比较落后，最近几年才真正实现计算机自动控制，目前我国的现代化温室，除智能化控制系统外，硬件系统基本达到与国际同步的水平。1.3 研究的目的和意义在实际的应用中，温室的规模和数量都在不断的扩大，要想对温室环境进行很好的控制，除了在温室现场进行测控，更多的需要进行远程的监控，并可以对多个温室同时进行监控，这对智能温室控制系统提出了更多的要求和挑战。智能化检测技术是现阶段检测技术发展的趋势，基于单片机构建的仪表因其成本低廉、性能可靠而在现实应用中更具前景。基于can总线的多点温度采集系统的研究将提高温室检测系统的实时性，这在温室生产中有利于提高整体系统的实时性，在整体系统

15、设计中设计人员可以更多的关注系统总体性能的提升，而不用过于计较主机与从机之间通信速度慢的缺点6。我国检测仪表整体技术落后于欧美、日本等发达国家，高精度仪表的生产制造基本上依赖于国外，而检测仪表技术的落后在很大程度上制约了我国相关产业实力迅速提升的步伐。在这种情况下，实现检测技术某一方面的研究和突破，推动国内检测技术及仪表的发展、生产并最终占领国内市场，进一步促进相关产业技术的发展，从而加速提高我国的农业生产水平有着很深远的社会意义7。第二章 总线技术2.1 总线概述一般总线可分为片内总线、片间总线、内总线和外总线。片内总线是指微处理器芯片内的总线，用于连接微处理器内部的各种逻辑功能单元。片间总

16、线是指一个微处理器系统中连接各芯片的总线。内总线又称板级总线，是在微机系统内连接各插板件的总线，内总线通常采用并行方式，除了包括地址总线、控制总线和数据总线外，还包括电源线、地址线及用于功能扩展的备用线等。外总线指通信总线，用于微机系统之间，微机系统与外设之间及微机系统与其他系统（如自动测试系统、仪器系统、控制系统等）之间的通信连接。大多数类型的外总线采用串行方式，少数采用并行方式，如rs-232、rs-485、usb、ieee1394、spp/epp（standard parallel port，标准并行端口/enhanced parallel port，增强并行端口）、scsi(small

17、 computer system interface，小型计算机系统专用接口)等，用于工业控制系统的现场总线有can、lonworks、ff（foundation field bus，基金会现场总线）等，用于测控系统和仪器间通信的总线有gpib（general-purpose interface bus，通用接口总线)、camac、hp-il、mxi(mutiple system extension interface，多通道系统扩展接口)等8。2.1.1 总线总线功能结构规范包括9：(1) 数据线、地址线、读写控制逻辑线、模块识别线、时钟同步线、触发线和电源/地线等。(2) 中断机制，关键是

18、中断线数量、直接中断能力、中断类型等。(3) 总线控制仲裁。(4) 应用逻辑，如挂钩联络线、复位、自启动、状态维护等。总线的传输过程可分为：请求总线、总线裁决、寻址目的地址、信息传递以及错误检测。总线的主要性能指标：(1) 总线宽度：主要指数据线的宽度。(2) 寻址能力：主要指地址总线的位数及所能直接寻址的存储器空间的大小。(3) 总线频率：总线周期是微处理器完成一步完整操作的最小时间单位。(4) 传输率：总线传输率是指在某种数据传输方式下，总线所能达到的数据传输速率。q = w n，q为数据传输速率，w为数据宽度，以字节为单位 ，n为完成一次数据传送所需的时钟周期个数。(5) 总线的定时协议

19、。(6) 负载能力：总线上所有能挂接的器件个数，即总线的扩展槽个数，即可以连接到总线上的扩展电路板的个数。(7) 信号线数。(8) 总线控制方式。2.1.2 现场总线的特点现场总线可定义为一种“安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、双向传输和多分支结构的通信网络”，或者说，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线连接，实现信息互换，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统，是计算机控制与通信技术汇合的产物，是新一代全数字、全分散和全开放的现场控制系统10。现场总线的技术特点11：(1) 用数字化通信取代模拟通信

20、。传统的自动化控制技术的现场设备与控制设备是通过一对一的方式(一个i/o点对现场设备的一个测控点)连接，即所谓i/o接线方式，信号以420ma(传送模拟信号)或24vdc(传送开关量信号)传递。现场总线技术采用一条通信电缆连接控制设备和现场设备，使用数字化通信完成对现场设备的联络和控制。(2) 控制功能下移，实现系统的分散控制。现场总线技术是计算机网络通信向现场的延伸，因此，它可以把分布式控制系统(dcs)控制站的功能分散地分配给现场仪表，构成虚拟的控制站，这样就废弃了dcs的i/o单元和控制站。现场仪表既有检测、变换和补偿功能，又有控制或运算功能，通过微处理器能够完成诸如pid等算法和逻辑控

21、制，实现一表多能，测量控制一体化。通过现场仪表和装置就可以构成控制回路，实现了彻底的分散控制，提高了控制系统的可靠性和灵活性。(3) 具有互操作性。由于功能分散，并且采用相同的协议，用户可以灵活地选用各种功能模块，通过一对传输线互联就可实现不同厂商产品的交互操作和互换，将各厂商性能价格比最优的产品集成在一起，实现“即插即用”，即所谓互操作性。(4) 集现场设备的远程控制、参数化及故障诊断为一体现场总线技术采用计算机数字通信技术连接现场设备。控制设备可以很便捷地从现场设备获取所需的信息，能够实现设备状态、故障、参数信息的快速传送，完成对设备的远程控制、参数化及故障的诊断工作。(5) 真正的开放式

22、系统现场总线为开放式互联网络所有技术和标准都是公开的，用户可以自由地集成不同厂商的通信网络，既可与同层网络互联，也可与不同层网络互联。它的实施有利于解决工厂各层次的信息集成及支撑技术计算机网络问题，有利于构筑计算机集成制造系统(cims)网络系统，并有效地发挥作用，此外，用户可以很方便地共享网络数据库。由于现场总线的上述特点，尤其是系统结构的简化，使控制系统的设计、安装、调试到正常生产运行及其维护，都体现如下的优点12：(1) 节省硬件数量与投资由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感控制报警和计算功能，因而可以减少变送器的数量，不再需要单独的调节器、计算单元等，也不再需要

23、dcs系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用计算机作为操作站，从而节省硬件投资，减少控制室的占地面积。(2) 节省安装费用现场总线系统的接线一般只需一对双绞线或者一条电缆就可以挂接多个设备，大大减少了电缆、端子、槽盒和桥架的用量，连线设计与接头校对也相应减少，同时增加现场控制设备，无需增设新的电缆，可以就近连接在原有的电缆上，节省了投资，减少了设计、安装的工作量。(3) 节省维护费用可以实现现场控制设备的自诊断与处理简单故障，并可以将相关的诊断维护信息送往控制室的功能使得用户可以随时查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便分析排除故障，因此缩短了停工时间，也减少了维护工作

24、量。(4) 用户有高度的系统集成主动权用户可以自由地选择不同厂商提供的设备来集成系统，避免因为选择了某一品牌的产品而被限制了使用设备的选择范围，因此不存在系统集成中不兼容的协议和接口等，最终使系统集成过程中的主动权牢牢掌握在用户手中。(5) 提高了系统的准确性与可靠性由于现场总线设备的智能化、数字化，因此与模拟信号相比，从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传送误差，同时，由于系统的结构简化、设备与连线减少、现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。尽管现场总线有许多优点，但现场总线也存在一些缺点，虽然这些缺点可采用一些措施来克服，但在设计现场总线控制系统时，这些缺

25、点仍不容忽视13。(1) 缺乏一致性。现场总线系统中没有中央存储器，因此必须提供相应的协议来保证每个变量拷贝的数值相同；没有单一时钟，因此必须提供同步时钟来保证变量及事件的时间标签的一致性，当然现在己有一些算法可完成较为准确的时钟同步，精度主要取决于每个时钟的漂移及同步周期。(2) 故障冗错。实时系统必须本质上是冗错的，即使在出现局部故障时，系统必须能够继续正确工作，将所有通信集中到一条物理链路是很危险的，如果总线被偶然切断，则任何信息都无法传输，从而导致整个系统瘫痪。(3) 现阶段各种标准并存，无法统一。2.2 can总线can是控制器局域网的简称，can协议也是建立在iso/osi模型基础

26、之上，但其模型结构只有两层，即只取osi底层的物理层和数据链路层。传输介质可以为双绞线以及光纤，通信速率可达1mbps/40m，直接传输距离最远可达l0km/5kbps，可挂接设备数可达110个。can的信号传输采用短帧结构，每一帧只有8个有效字节，传输时间短，受干扰的概率低，同时在通信节点发生严重错误时，具有自动关闭功能，因而具有较强的抗干扰能力。can总线的控制芯片与收发芯片的销售量是各种现场总线相同功能芯片中销售量最大的，其应用非常广泛14。 最初，can被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载电子控制装置ecu之间交换信息，形成汽车电子控制网络，比如在发动机管理系统、变速箱控制器、仪

27、表装备、电子主干系统中，均嵌入can控制装置，在一个由can总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制，例如，当使用philips pca82c250作为can收发器时，同一网络中允许挂接110个节点，can可提供高达1mbps的数据传输速率，这使得实时测控变得非常容易，另外，硬件的错误检定特性也增强了can的抗电磁干扰能力。can是一种多主从方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高的抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10km时，can仍可提供高达5kbps的数据传输速率。can通讯协议主要描述设备之间

28、的信息传递方式，can层的定义与开放系统互连模型osi一致，每一层与另一设备上相同的那一层通讯，实际的通讯发生在每一设备上相邻的两层，而设备只通过模型物理层的物理介质互连，can的规范定义了模型的最下面两层：数据链路层和物理层，应用层协议可以由can用户定义成适合特别工业领域的任何方案，已在工业控制和制造业领域得到广泛应用的标准是device net，这是为plc和智能传感器设计的15。can 能够使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等，最常用的就是双绞线，信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“can_h”和“can_l”，静态时均是 2.5v 左右，此时状态表示为逻辑“1”，也可以叫做“隐性

29、”，用“can_h”比“can_l”高表示逻辑“0”，称为显性，此时，通常电压值为 can_h=3.5v 和 can_l=1.5v16。can 是一种具有高可靠性，支持分布式测试、实时控制的串行通信网络，can 具有如下特性17：(1) 方式灵活。可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从。(2) 非破坏性总线仲裁技术。当两个节点同时向总线发送数据时，优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，这大大地节省了总线仲裁时间，在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪。(3) 严格的错误检测和界定。can通信协议的数据链路层的mac（介质访问控制层）

30、子层具有严格的错误检测功能，包括监测、填充规则校验、帧校验、15位循环冗余码校验和应答校验。can的节点有能力识别永久性故障和暂时扰动，对错误做出界定，对己损报文进行标注，并自动最新发送，当故障计数大于255时，节点被“脱离总线”，脱离总线状态不允许对总线有任何影响。(4) 直接通讯距离最大可达l0km，最高通讯速率可达1mbps，节点数可达110个，通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光导纤维。(5) 可以点对点，点对多点及全局广播方式发送和接收数据。(6) 全系统数据兼容，系统灵活。在can系统中，一个can节点不使用有关系统结构的任何信息，节点可在不要求所有节点及其应用层改变任何软件或硬件的

31、情况下接到can网络中。在can网络中，可以确保报文同时被所有节点或没有节点接收。(7) can总线的实时性好。can协议规定以信息帧的方式按优先级的高低来传送信息，因此，can总线的实时性好：一是信息帧短，不会因为连续长时间发送而影响其它节点访问总线；二是采用优先级仲裁，发生总线访问冲突时，优先级高的信息帧仍可继续发送，不像以太网那样，冲突的各节点均停下来，重新发送。(8) can总线测试系统成本低。can总线可采用双绞线作为信号传输线，同时其对环境的要求不高，因此设计成本相对比较低。2.3 can 总线的应用与发展can总线最先由bosch公司提出，起初应用在汽车业，如今已广泛的应用在：自

32、动控制、航空、航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域，作为最有前途的现场总线，can已经成为全球范围内最重要的总线之一，在1999年，接近6千万个can控制器投入应用。can具有广阔的发展前景，随着can总线在汽车工业的广泛应用，大量潜在的新应用（例如娱乐）也随之出现，同时，结合高层协议应用的特殊保安系统对can的需求也正在稳健增长，德国专业委员会bia和德国安全标准权威tuv己经对一些基于can的保安系统进行了认证。can open-safety是第一个获得bia许可的can解决方案，devicenet-safety也会马上跟进，全球分级

33、协会的领导者之一，gennanischer lloyd正在准备提议将can open固件应用于海事运输19。第三章 系统硬件设计3.1 硬件设计本系统主要由一个主监视器和多个温度采集点组成，使用了多个电路模块的硬件设计实现了多点温度采集的功能，主要完成数据采集及传输，数据的显示，电源供电等功能18。3.1.1 温室采集系统功能要求本系统要求在温室内完成多点的信号采集，所采集的信号是从传感器输出的信号。系统主要要求如下：(1) 能够在现场对各温度信号进行实时检测；(2) 主机能够对采集的数据进行保存，并进行相应的数据处理；(3) 能够对单一点连续采集，也能够对多个点同时采集；(4) 具有较高的测

34、量精度；(5) 能够与主机进行通讯，进行数据的传递；(6) 具有现场总线接口，能通过现场总线进行数据的高速传递；(7) 方便易用，有较高的性价比。3.1.2 硬件设计任务本章硬件设计主要为完成系统硬件的搭建，以满足系统任务要求，在此多点温度采集系统中，所设计的主要任务为实现can通信，以接收通过can总线传送过来的信号，实时获取现场的信号，同时，需要保障系统的可靠性和安全性，需完成数据采集处理，数据传输以及液晶显示等功能。硬件设计的原则20：(1) 经济合理在满足性能指标的前提下尽可能降低价格，获得更高性价比的产品。(2) 安全可靠选购的硬件要考虑环境温度、湿度、压力、振动、粉尘等要求，以保证

35、在规定的工作环境下系统性能稳定、工作可靠。要有超量程和过载保护，保证输入、输出通道正常工作。要注意对交流电以及电火花的隔离，同时保证连接件的可靠接触。3.1.3 软硬件功能分配硬件需要实现的功能如下：(1) 现场端信号的采集、a/d 转换、can 总线信号的发送和接收等。(2) 总线上数据的传输。(3) 电源的持续供电。(4) 主机的数据显示。软件需要实现的功能如下：(1) 完成通信程序的设计，总线协议设计。(2) 完成液晶显示程序的设计。(3) 完成数据的采集、处理及存储。3.2 硬件设计的模块选择硬件模块主要为pic18f4580单片机，电源模块，传感器和放大电路，can收发器，晶振电路，

36、复位电路，液晶显示模块。（1）pic18f4580单片机及其引脚21图3.1 pic18f4580单片机引脚pic18f4580单片机概述：引脚如图3.1所示。主要引脚：电源和接地引脚，震荡器晶体引脚，时钟复位引脚，i/o输入输出引脚，a/d通道引脚。内部结构和功能特点（1）高性能risc cpu高达2mb的程序存储器。高达4kb的数据存储器。高达10mips的执行速度。dc40mhz时钟输入。16位宽指令，8位宽数据通道。带优先级的中断。（2）外围功能模块特性最大拉电流/灌电流可达25ma。3个外部中断引脚。tmr0：带有8位可编程前分频器的8位或16位定时器/计数器。tmr1：16位定时器

37、/计数器。tmr2：带有8位周期寄存器的8位定时器/计数器。tmr3：16位定时器/计数器。（3）can总线模块特性符合国际标准iso can。高达1mbps的通信速率。3个带优先级的信息发送缓冲器。6个全29位接收过滤器。优越的错误处理特性。（4）特殊的单片机特性上电复位电路（por），上电延时定时器（pwrt）和振荡起振定时器（ost）。带有片内rc振荡器的监视定时器（wdt）。休眠（sleep）省电方式。通过2个引脚可进行在线串行编程（icsp）。（2）晶振电路图3.2 晶振电路pic18f4580的xtal1脚为片内振荡电路的输入端，xtal2脚为片内振荡电路的输出端。本文采用低功耗晶

38、体振荡器方式（lp方式），晶振频率为20mhz，因此在30脚和31脚外接晶振和振荡电容，振荡电容的值一般取15pf,如图3.2所示。（3）复位电路图3.3 复位电路当芯片供电电源电压vdd上升到一定值时，即产生一个上电复位（por）脉冲。为了利用por电路特性，可以直接把vpp引脚与电源vdd相连。这样可以节省通常用于建立上电复位延时所需要的外部rc元件。vdd的最小上升率必须满足要求。图中r1为10k，r2为33，供电电源为5v，如图3.3所示。（4）电源电路图3.4 电源电路由于该系统使用的pic18f4580芯片的工作电压为5v的直流电，所以需要接一个电源电路，输入为220v的交流电，经

39、过变压器降压和整流桥整流，将交流电变为直流电，使用7805三端稳压器和电容组成稳压电路，其中c1用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，电容c2和c3用于消除输出电压中的高频噪声，电路如图3.4所示。（5）传感器电桥和放大电路图3.5 传感器电桥和放大电路本系统的多点温度采集使用铂电阻pt100，采用三线制的电桥电路，r1，r2，r3均为100，可以较好的消除引线电阻的影响，提高测量精度。由于温室现场采集的温度范围大约为：0oc100oc，因此铂电阻的范围为100138.51，则电桥电路输出的电压范围为0mv400mv,由于a/d转换模块采用lm324组成差动放大电路对电桥输出

40、电压进行放大，所以a/d转换模块的输入电压范围为05v，因此放大倍数大约为10倍，如图3.5所示。（6）can收发器连接电路图3.6 ctm8251收发器连接电路pic18f4580芯片中虽然内嵌can控制器,但是必须与can 收发器连接才能具备收发功能,在以往的设计中can 收发器之间通常需要加入dc dc电源隔离模块和高速光电耦合器组成的隔离电路, 以确保在can 总线遭受严重的干扰时控制器能够正常工作，然而考虑到复杂度、系统集成等因素,本设计中利用ctm8251接口芯片来实现带隔离的can 收发电路，ctm8251是一款带隔离的通用can收发器芯片，该芯片内部集成了所有必需的can隔离及

41、can收发器件，这些都被集成在不到3平方厘米的芯片上，芯片的主要功能是将can控制器的逻辑电平转换为can总线的差分电平并且具有dc 2500v的隔离功能，如图3.6所示。（7）液晶显示电路21图3.7 液晶显示电路如图3.7所示为该液晶显示模块与pic18f4580的接口电路。该显示电路采用单片机的通用i/o口对液晶的控制信号直接进行控制，同时将单片机的d口作为其数据总线。液晶的第五脚用于液晶显示对比度的调节，它需要通过一个10k的可变电阻接到-12v的电源上。 该液晶显示模块是使用kb0108及其兼容控制驱动器作为列驱动器，同时使用ks0107b及其兼容驱动器作为行驱动器的液晶模块。由于k

42、s0107b不与mpu发生联系，故只要提供电源就能产生行驱动信号和各种同步信号。mcg12864a8-3共有两片ks0108b或兼容控制驱动器和一片hd61203或兼容驱动器。 mcg12864a8-3模块共有20个引脚，其定义如下表：序号符号状态功能说明1 csa输入片选12csb输入片选23vss-数字地4vdd-逻辑电源+5v5v0-对比度调节6d/i输入指令/数据通道7r/w输入读/写选择8e输入使能信号，数据在下降沿时被写入lcm；在高电平时被读出lcm916db0db7三态数据线17led+-led背光正电源端18led-led接地端19led-led接地端20led+-led背光

43、正电源端3.3 总结综上所述，将传感器采集到的现场信号经过电桥和放大电路后送入a/d 转换模块，a/d 转换模块完成 a/d 转换，从站的pic18f4580单片机将采集的信号通过ctm8251收发器发送至can 总线，然后主站的pic18f4580单片机通过ctm8251收发器接收信号，在液晶显示模块显示。采用电桥电路和lm324放大电路对信号进行采集和处理，使用内含a/d转换模块的pic18f4580单片机进行a/d转换，通过ctm8251收发器对信号进行接收和发送，最后通过mcg12864a8-3液晶显示模块进行显示。第四章 软件设计4.1 主程序4.1.1 监视器主程序该程序主要完成对

44、远程采集的多点温度信号，通过ctm8251收发器的接收，在主机端使用mcg12864a8-3液晶显示模块的显示，初始化a/d,i/o等，流程图如图4.1所示。图4.1 监视器流程图4.1.2 采集系统主程序该程序主要完成对信号的采集、处理和发送，初始化a/d,i/o等，流程图如图4.2所示。图4.2 采集系统流程图4.2 can总线的接收和发送程序初始化程序:主要完成各端口的初始化、can 通信接口的初始化。其中, can 的初始化设计是can总线设计的重要环节, 主要考虑can控制器的工作模式、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器的设置。can 初始化程序

45、流程图,如图4.3所示22。图4.3 can初始化程序流程图can总线通信中断子程序：包括发送数据中断和接收数据中断两个部分。（1）发送数据中断子程序：根据can协议规范，数据从can控制器发送到can总线是由can控制器自动完成的, cpu只需将被发送的数据送到can的发送缓冲区，然后将命令寄存器的“发送请求”标志置位，启动发送命令即可，发送过程由can的中断请求控制。can信息发送程序流程图，如图4.4所示。图4.4 can发送程序流程图（2）接收数据中断子程序: 数据从can 总线到can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中读取接收的数据，再进行相应的处理即

46、可，接收程序也采用中断方式。can信息接收程序流程图，如图4.5所示。图4.5 can接收程序流程图4.3 a/d转换模块程序由于a/d转换模块采用lm324组成差动放大电路对电桥输出电压进行放大，所以a/d转换模块的输入电压范围为05v，将ra2引脚作为模拟电压输入，模拟量为连接在ra2引脚上的放大器输入提供，借此可以提供一个连续变化的模拟电压。先初始化a/d，i/o，再中断，启动a/d，不断对信号进行a/d转换，初始化流程图如图4.6所示，中断流程图如图4.7所示。图4.6 a/d初始化流程图图4.7 a/d中断程序流程图4.4 液晶显示模块程序液晶显示模块主要完成信号的主站显示，先初始化

47、a/d，i/o等，判断显示器状态是否空闲，若空闲，则向显示器发送数据，若忙，则返回清屏，最后在显示器上显示，流程图如图4.8所示。图4.8 显示模块流程图4.5 按键子程序本系统扩展键盘，采用查询方式，当有键按下时，输入采集点的地址，通过查询各点的地址来确定各点的温度，没有键按下时，直接退出，流程图如4.9所示。图4.9 按键子程序流程图结 论1 研究成果通过对can总线功能和结构的研究，以及can总线采集系统的设计，取得了以下研究成果：(1) 进行了温室多点温度采集的分析，设计了基于can总线的多点温度采集系统。 (2) 完成了系统硬件数据采集模块的选择，以及系统整体的搭建。(3) 实现了c

48、an总线远距离传输的功能，对can总线有了深入的了解。(4) 使用了多个电路模块，对系统的软硬件设计有了更为深刻的认识。2 存在的不足can总线作为最有发展前景的总线之一，其应用领域正在不断的扩大，本文讨论了基于can总线的多点温度采集系统，在此基础之上，在以下几个方面值得继续深入研究：(1) 本设计仅仅是在实验室完成的，总线远距离传输功能也仅是分析，需要进一步在现场环境下进行验证可行性并修改完善。(2) 本系统中采用了多个电路模块，在实际现场中各模块完成显示、数据处理等功能，可能存在一定的误差。(3) 本设计使用can总线完成了远距离传输，在传输过程中可能存在多方面的干扰，需要对系统有一定的

49、保护。3 展望can总线的应用领域正在不断的扩大，而本文所讨论的基于can总线的多点温度采集系统，也有很大的发展前景。在本文的基础上，作者认为，在以下几个方面值得继续深入研究。(1) 随着测试规模的扩大，有必要将can总线与以太网结合起来，构建新的现场测试系统，以太网的工作速度快且稳定，因此，将can总线拓展与以太网结合将会取得更好的效果。(2) 在本系统的基础上，积极加入现场端的控制，真正实现测管控一体化的现场应用目标。(3) can总线在汽车领域已经得到了深入的发展，但是作为一种有广阔发展前景的现场总线，其应用领域并不局限于此，现场的数据采集模块也可将单片机芯片换为更高速的dsp芯片，同时

50、如果将can总线的抗干扰性好、可靠性高、实时性好的特点与dsp的高速特性相结合，在农业机器人方面也会有广阔的应用前景。(4) 随着现代用户要求的不断提高，小型化和集成化的系统将成为主流，测控系统机箱的使用将会有更广阔的发展前景。致 谢 语本论文是在高群导师的悉心指导和关怀下完成的，高老师严谨的治学态度，高度的责任心、务实的工作作风以及在长期的工作中积累的经验给我留下了深刻的印象，让我受益匪浅。无论是做事还是做人，都是我学习的楷模，在此，我对高老师表示由衷的感谢和崇高的敬意。感谢我的室友，是你们陪我度过了愉快的两年，我会永远记在心里的，祝大家好运。感谢我的父母，感谢他们对我的养育之恩，感谢他们对

51、我一如既往的关心和鼓舞。最后，谨向所有曾经关心帮助过我的老师，同学和朋友表示衷心的感谢。 参考文献：1 阳宪惠.现场总线技术及其应用m.北京：清华大学出版社，1999.2 李慧,刘毅.温室控制的发展方向j.林业机械与土木设备，2004，32 (5)：1014.3 邹宽明.can总线原理和应用系统设计m .北京：北京航空航天大学出版社，1996.4 姚康.基于现场总线的监控系统研究和应用d.上海大学硕士学位论文，2001.5 刘小强，粟梅.基于can总线的数据采集处理系统的设计j .仪表技术与传感器.2006，24（9）：2224.6 杨江.带can总线的智能温度变送器的研制j.工业仪表与自动化

52、装置.1999,20(1)：2325.7 王永强.现场总线与工业以太网络技术手册（第一册）m .上海：上海科学技术出版社，2002.8 邬宽明.现场总线技术应用选编(1)c.北京：北京肮空航天大学出版社，2003.9 邹益仁，马增良.现场总线系统的设计和开发m .北京：国防工业出版社，2003.10 石磊.can总线在智能仪表中的应用d.大连海事大学硕士学位论文，2006.11 饶运涛，邹继军，郑勇芸.现场总线can 原理与应用技术m .北京：北京航空航天大学出版社，2003.12 姜开.基于can总线的测试系统研究与设计d.南京航天航空大学硕士学位论文，2004.13 邹继军，饶运涛.can

53、总线系统智能节点设计.广州周立功单片机发展有限公司..14 史久根，张培仁，陈真勇.can现场总线系统设计技术m.北京：国防工业出版社，2004.15 吴九辅.现代工程检测及仪表m.北京：石油大学出版社.2004.16 姚建欣.can总线技术的研究和应用d.华中科技大学硕士论文，2001.17 饶鑫.智能测控can总线通讯的研究d.河北工业大学硕士学位论文，2004.18 王毅峰，李令奇.基于can总线的分布式数据采集与控制系统j.工业控制与计算机.2000,13(5)：3438.19 李晋华，邱春玲，田地等.基于 can 总线的数据采集系统的设计与实现j.吉林大学学报.2004,22（2）：134137.20 朱敏，张崇巍，谢震.can总线在数据采集与控制系统中的应用j.合肥工业大学学报.2002，25（3）：345349.21 刘和平，刘林，余红欣，郑群英等.pic18f单片机原理及接口程序设计m.北京：北京航空航天大学出版社，2006.附录1：pic18f4580单片机的主站连接电路主站与从站连接框图附录2：pic18f4580单片机的从站连接电路附录3：a/d转换子程序：/功能描述:该程序实现a/d转换功能，a/d采用中断方式。#includepic18.h/* 所有pic18系列的头文件 */#include /* 调用