苏ICP备112451047180号-6
基于CAN总线的温度采集器的设计与实现
摘要:控制器局域网属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制的串行通讯网络，被公认是最有前途的总线之一。本文基于CAN总线设计了一种基于CAN总线的温度采集器，硬件电路由微处理器、CAN控制器、测温芯片DS18B20 、LED、复位电路等几部分组成。单片机STC89C52是硬件电路的核心，承担CAN控制器的初始化、数据收发控制等任务；CAN总线控制器能够独立完成CAN总线上数据的接收和发送工作。温度测控模块是系统构成的基础与关键，它直接与温度采集机构相连接，实现对温度的检测与控制。DS18B20芯片用于检测和发送温度数据。
关键词:CAN总线；DS18B20；STC89C52；LED数码管
The Design and Implementation of Temperature Collector Based on CAN Bus
Abstract: Controller Area Net work (CAN) belongs to the scope of field Bus, it is one kind supports the distributional control effectively the serial communication network, which is public known as one of the most promising Bus. This article based on CAN Bus and designed one kind Intelligent Temperature Measuring system, hardware circuit are composed by microprocessor CAN Controller Temperature Measuring DS18B20、LED、Reset circuit and other parts. Single-chip Microcomputer STC89C52 is the core hardware circuit and undertakes initializing of CAN controller, and mange the data’s receiving and dispatching tasks assignment etc. It can independently complete the work of receiving and sending data from CAN Bus. Temperature Control Module is the foundation and key to the system constitution, it directly connect to the temperature acquisition agency and to realize the measuring and controlling of temperature.DS28B20 chip uses in examining and the transmission through the CAN Controller to make long-distance communication.
Key words: CAN Bus;DS18B20;STC89C52;LED digital tube
参考文献
[1]康华光主编.电子技术基础(模拟部分)[M].北京：高等教育出版社，1999.6
[2]康华光主编.电子技术基础(数字部分)[M].北京：高等教育出版社，2000.6
[3]李刚，林凌主编.现代测控电路 [M].北京：高等教育出版社，2004.
[4]高等学校毕业设计指导手册(电子信息卷)[M].北京：高等教育出版社，1998
[5]谢自美主编.电子线路设计/实验/测试[M].武汉：华中科技大学出版社，2000
[6]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京航空航天大学出版,2001
[7]曾友州，胡莹，曾伟.基于CAN总线通讯模块的设计与实现[M].成都航空职业技术学院学报，2006
[8]李正军，现场总线及其应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005
[9]SJA1000.独立CAN控制器应用指南[M].www.zlgmcu.com
[10]蒋建文，林勇，韩江洪.CAN总线通信协议的分析和实现[M].计算机工程，2002
[11]周凤余，鲁守银，李贻斌.CAN总线系统智能节点设计与实现[J].微计算机信息.1999
[12]邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发办法[J].北京：清华大学出版社，2004
[13]CAN-BUS规范V2.0版本[Z].1991
[14]Kirk Zurell，艾克武，张剑波，艾克文等译.嵌入式系统的C程序设计[M].机械工业出版社.2001
[15]冯丽，李亮之主编.基于CAN总线的工业测控网络的设计与实现[M].辽宁工学院，2004
摘要:控制器局域网属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制的串行通讯网络，被公认是最有前途的总线之一。本文基于CAN总线设计了一种基于CAN总线的温度采集器，硬件电路由微处理器、CAN控制器、测温芯片DS18B20 、LED、复位电路等几部分组成。单片机STC89C52是硬件电路的核心，承担CAN控制器的初始化、数据收发控制等任务；CAN总线控制器能够独立完成CAN总线上数据的接收和发送工作。温度测控模块是系统构成的基础与关键，它直接与温度采集机构相连接，实现对温度的检测与控制。DS18B20芯片用于检测和发送温度数据。
关键词:CAN总线；DS18B20；STC89C52；LED数码管
The Design and Implementation of Temperature Collector Based on CAN Bus
Abstract: Controller Area Net work (CAN) belongs to the scope of field Bus, it is one kind supports the distributional control effectively the serial communication network, which is public known as one of the most promising Bus. This article based on CAN Bus and designed one kind Intelligent Temperature Measuring system, hardware circuit are composed by microprocessor CAN Controller Temperature Measuring DS18B20、LED、Reset circuit and other parts. Single-chip Microcomputer STC89C52 is the core hardware circuit and undertakes initializing of CAN controller, and mange the data’s receiving and dispatching tasks assignment etc. It can independently complete the work of receiving and sending data from CAN Bus. Temperature Control Module is the foundation and key to the system constitution, it directly connect to the temperature acquisition agency and to realize the measuring and controlling of temperature.DS28B20 chip uses in examining and the transmission through the CAN Controller to make long-distance communication.
Key words: CAN Bus;DS18B20;STC89C52;LED digital tube
目 录
引 言 1
第1章 绪 论 2
1.1 课题研究的背景和意义 2
1.2 CAN总线技术规范 2
第2章 方案论证 7
第3章 CAN总线温度采集器的硬件设计 8
3.1 系统硬件的设计原理 8
3.1.1 温度传感器选用DS18B20 8
3.1.2 CAN控制器选用SJA1000 9
3.1.3 CAN收发器选用PCA82C250 10
3.1.4 单片机选用STC89C52 11
3.2 系统单元电路的设计 13
3.2.1 温度测量电路的设计 13
3.2.2 CAN总线的通信节点电路的设计 16
3.2.3 4位LED数码管模块的显示电路的设计 17
3.2.4 串口通信及程序下载模块的设计 17
第4章 CAN总线温度采集器的软件设计 19
4.1 温度采集器的软件设计 19
4.2 CAN通讯节点的软件设计 19
4.2.1 CAN控制器SJA1000的初始化 20
4.2.2 CAN接收与发送数据程序 23
第5章 电路测试结果分析 26
5.1 系统软硬件的调试分析 26
5.1.1 CAN总线模块的调试 26
5.1.2 测温模块的调试 26
5.2 测试仪器 26
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
附录A电路原理图 30
附录B实物效果图 31
方案论证
温度采集器由温度采集模块、温度显示模块、CAN通讯模块等组成。温度采集模块是采集器构成的基础与关键，虽然该模块是系统的一个组成部分，但它也可以独立工作，即在系统其它部分停止工作的情况下，自动温度测控模块仍可以独立控制执行机构来实现基本的温度测控功能，提高了系统工作的可靠性。与其它网络不同，在CAN总线的通信协议中，没有节点地址的概念，也没有任何与节点地址相关的信息存在，它支持的是基于数据的工作方式。即CAN总线面向的是数据而不是节点；因此加入或撤消节点设备都不会影响网络的工作，这样的结构十分适用于控制系统要求快速、可靠、简明的特点。同时，CAN总线的直接通信距离最远可达10Km，通过CAN中继器可以使通讯的距离进一步延长。
方案一：利用MAX6675测温元件作为传感器，硬件电路由微处理器、CAN控制器、LED 、按键、复位电路等几部分组成测温系统。
方案二：利用DS18B20测温元件作为传感器，硬件电路由微处理器、CAN控制器、LED、按键、复位电路等几部分组成测温系统。
比较而言，若采用方案一，虽然测温元件MAX6675温度分辨能达到0.25℃，冷端补偿范围为–20℃～80℃，但它带有冷端补偿、线性校正、热电偶断线检测的串行K型热电偶模数转换器。K型热电偶虽然线性度好，价格便宜，测温范围宽而得到广泛的使用；但它往往需要冷端补偿，且电路较复杂，调试麻烦。在方案二中，数字温度传感器DS18B20的测温范围为﹣55℃～﹢125℃ ，精度为0.5℃，测量的温度值用912位数字表示，最大转换时间为750ms，温度超标报警的上、下限值，DS18B20的转换分辨率均可由用户设定，并能长期保存。改变了传统温度测试方法，能在现场采集温度数据，并直接将温度物理量变换为数字信号并以总线方式传送到计算机进行数据处理。可应用于各种领域、各种环境的自动化测试和控制系统，使用方便灵活，测试精度高，适合任何传统的温度数字化、自动化测控设备。因而在低功耗的单片机系统中大量使用。基于对以上各个因素的综合考虑，我觉得方案二更优，因此我选择利用DS18B20测温元件作为传感器，LED数码管作为主机显示器来完成本次毕业设计。
方案论证
温度采集器由温度采集模块、温度显示模块、CAN通讯模块等组成。温度采集模块是采集器构成的基础与关键，虽然该模块是系统的一个组成部分，但它也可以独立工作，即在系统其它部分停止工作的情况下，自动温度测控模块仍可以独立控制执行机构来实现基本的温度测控功能，提高了系统工作的可靠性。与其它网络不同，在CAN总线的通信协议中，没有节点地址的概念，也没有任何与节点地址相关的信息存在，它支持的是基于数据的工作方式。即CAN总线面向的是数据而不是节点；因此加入或撤消节点设备都不会影响网络的工作，这样的结构十分适用于控制系统要求快速、可靠、简明的特点。同时，CAN总线的直接通信距离最远可达10Km，通过CAN中继器可以使通讯的距离进一步延长。
方案一：利用MAX6675测温元件作为传感器，硬件电路由微处理器、CAN控制器、LED 、按键、复位电路等几部分组成测温系统。
方案二：利用DS18B20测温元件作为传感器，硬件电路由微处理器、CAN控制器、LED、按键、复位电路等几部分组成测温系统。
比较而言，若采用方案一，虽然测温元件MAX6675温度分辨能达到0.25℃，冷端补偿范围为–20℃～80℃，但它带有冷端补偿、线性校正、热电偶断线检测的串行K型热电偶模数转换器。K型热电偶虽然线性度好，价格便宜，测温范围宽而得到广泛的使用；但它往往需要冷端补偿，且电路较复杂，调试麻烦。在方案二中，数字温度传感器DS18B20的测温范围为﹣55℃～﹢125℃ ，精度为0.5℃，测量的温度值用912位数字表示，最大转换时间为750ms，温度超标报警的上、下限值，DS18B20的转换分辨率均可由用户设定，并能长期保存。改变了传统温度测试方法，能在现场采集温度数据，并直接将温度物理量变换为数字信号并以总线方式传送到计算机进行数据处理。可应用于各种领域、各种环境的自动化测试和控制系统，使用方便灵活，测试精度高，适合任何传统的温度数字化、自动化测控设备。因而在低功耗的单片机系统中大量使用。基于对以上各个因素的综合考虑，我觉得方案二更优，因此我选择利用DS18B20测温元件作为传感器，LED数码管作为主机显示器来完成本次毕业设计。
参考文献
[1]康华光主编.电子技术基础(模拟部分)[M].北京：高等教育出版社，1999.6
[2]康华光主编.电子技术基础(数字部分)[M].北京：高等教育出版社，2000.6
[3]李刚，林凌主编.现代测控电路 [M].北京：高等教育出版社，2004.
[4]高等学校毕业设计指导手册(电子信息卷)[M].北京：高等教育出版社，1998
[5]谢自美主编.电子线路设计/实验/测试[M].武汉：华中科技大学出版社，2000
[6]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京航空航天大学出版,2001
[7]曾友州，胡莹，曾伟.基于CAN总线通讯模块的设计与实现[M].成都航空职业技术学院学报，2006
[8]李正军，现场总线及其应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005
[9]SJA1000.独立CAN控制器应用指南[M].www.zlgmcu.com
[10]蒋建文，林勇，韩江洪.CAN总线通信协议的分析和实现[M].计算机工程，2002
[11]周凤余，鲁守银，李贻斌.CAN总线系统智能节点设计与实现[J].微计算机信息.1999
[12]邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发办法[J].北京：清华大学出版社，2004
[13]CAN-BUS规范V2.0版本[Z].1991
[14]Kirk Zurell，艾克武，张剑波，艾克文等译.嵌入式系统的C程序设计[M].机械工业出版社.2001
[15]冯丽，李亮之主编.基于CAN总线的工业测控网络的设计与实现[M].辽宁工学院，2004