1、基于CAN總線的多點溫度監測及報警系統設計摘要本文設計的是一套基于CAN總線的多點溫度檢測及報警系統，主要是對糧倉的溫度監控，以確保儲糧的安全。系統設計分為主控模塊和監控模塊。主控監控兩模塊的微處理器都采用AT89S52單片機。為了實現主控模塊對監控模塊的實時監測，在主控端和監控端處都設計有CAN通信電路，由控制器SJA1000和收發器82C250組成CAN通信接口。另外，主控端的外圍電路部分包括時鐘電路功能模塊、EEPROM存儲電路模塊、串口通信電路模塊、譯碼電路功能模塊、液晶顯示屏模塊；監控端的外圍電路部分為溫度傳感器。主控端的時鐘芯片選用DS12887，EEPROM存儲芯片選用戶AT24

2、C16，顯示屏采用FM12232B液晶模塊。監控端的溫度傳感器采用數字傳感器DS18B20，系統設置溫度傳感器的闡值為50。本文給出了系統的結構和軟硬件設計方案，可實現實時溫度測量、越限報警等功能。該系統具有可靠性好、通信速率高、抗干擾能力強等特點。本系統還適用于關鍵詞：CAN總線；DS18B20；AT89S52BASED ON CAN BUS MULTIPOINT TEMPERATURE MONITORING AND ALARMING SYSTEM DESIGNABSTRACTThis paper designs a multi-point temperature detection and

3、 alarm system based on CAN bus , this system is mainly used to monitor the temperature of granary, to ensure the safety of the stored grain. This system is divided into the main control module and the surveillance module. The microprocessor of the main control module and the surveillance module both

4、 use DSP AT89S52 microcontroller. In order to achieve real-time monitoring and measuring of the surveillance module,CAN communications circuits are designed at the port of the main control module and the surveillance module,which is composed by the controller SJA1000 and the 82C250 communications in

5、terface. In addition, the external circuit section of the main control module includes the clock circuit modules, EEPROM memory circuit module, serial communication circuit module, decoding circuit modules, LCD modules; the main portion of the external circuit section of the surveillance module is t

6、he temperature sensor. The clock chip of the main control module uses DS12887, the EEPROM memory chip can select AT24C16, the LCD display module can select FM12232B. The temperature sensor of the surveillance module use the digital sensor DS18B20, the lininal value of the temperature sensor is sette

7、d at 50 by the system. This paper presents the architecture of the system and the hardware and software design proposal , enabling the function of real-time temperature measurement and the off-limited alarm .The system has good reliability, high transmission rate, strong anti-interference and so on.

8、 This system can also be applied to the granary, the north central heating and hot water supply center, the cement paving of a large area and other occasions. Keywords: CAN-bus；DS18B20；AT89S52目 錄1 緒論51.1 背景介紹51.2 國內外相關技術發展概況51.2.1 溫度傳感器的發展概況51.2.2 現場總線概況61.3 溫度監測及報警系統的應用前景72 現場總線CAN原理介紹72.1 現場總線簡介72

9、.2 CAN總線簡介82.2.1 CAN-bus的產生與發展82.2.2 CAN-bus的基本工作原理92.2.3 CAN-bus的特征102.2.4 CAN協議簡介113 基于CAN多點溫度檢測系統的總體設計153.1 系統總體方案設計153.2 系統設計的主要器件選擇163.2.1 微處理器163.2.2 SJA1000控制器173.2.3 PCA82C250總線收發器193.2.4 溫度傳感器的選擇203.2.5 顯示器的選擇243.3 系統硬件結構組成254 系統的硬件設計274.1 單片機最小系統設計274.2 串口電路設計284.3 EEPROM294.4 CAN通信電路設計294

10、.4.1 CAN通信結構框圖304.4.2 CAN通信電路電源模塊314.4.3 CAN通信接口電路314.5 時鐘電路設計324.6 譯碼電路334.7 液晶顯示屏344.8 溫度傳感器354.9 鍵盤電路364.10 報警電路375 系統的軟件設計385.1 系統整體軟件設計385.2 主控模塊軟件設計385.2.1 CAN控制器的初始化385.2.2 主控端巡檢監控端415.2.3 外圍電路軟件設計415.3 監控模塊軟件設計475.3.1 CAN通信模塊軟件設計485.3.2 溫度傳感器的軟件設計486 結論49參考文獻50致謝50附錄50附錄A 程序清單50附錄B 主控系統電路原理圖

11、51附錄C 監控系統電路原理圖511 緒論1.1 背景介紹我國是一個農業大國，每年都有大量的新糧收獲也有部分陳糧積壓，由于儲存不當會造成大量的糧食浪費， 科學儲糧是糧食生產的一個重要環節，若管理不當，糧食發霉或生蟲會造成極大浪費，給國家和人民造成了巨大的經濟損失，糧倉的性能成為糧食質量的決定因素。隨著電子技術和計算機技術的發展，目前普遍采用電子和計算機對糧倉測控和管理，但是仍存在很多不盡人意的問題，如抗干擾性能差、傳輸數據丟失等，針對這些情況提出一種基于CAN總線糧倉多點溫度測控及報警系統的設計方法。1.2 國內外相關技術發展概況傳統的機械式溫度檢測儀表己經有上百年的歷史了，一般均具有指示溫度

12、的功能，由于測溫原理不同，不同的儀表在報警、記錄、控制信息遠傳等方面有較大的差別。今年來由于微電子的進步以及計算機應用的日益廣泛，智能化測量儀表己經取得巨人的進步，以單片機為主體的溫度控制器取代了傳統的儀器儀表。常規電子線路，可以容易地將計算機技術與測量技術結合起來。智能儀表在測量過程自動化，測量結果的數據處理以及功能的多樣化方面都取得了巨大的進展。目前，在研制高精度，高性能，多功能的測量儀表時，幾乎沒有不考慮使用單片機使之成為智能儀表的。1.2.1 溫度傳感器的發展概況美國Dallas半導體公司的數字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器，在其內部使用了在板

13、專利技術。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。“一線總線”獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新概念。現在，新一代的DS18B20體積更小、更經濟、更靈活、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網等優點，在實際應用中取得了良好的測溫效果。使你可以充分發揮“一線總線”的優點。同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55C+125C，在-10+85C范圍內，精度為0.5C。現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。適合于惡劣環境的現場溫度測量，如：環境控制、設備或過程控制、測溫類

14、消費電子產品等。與前一代產品不同，新的產品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統設計更靈活、方便。而且新一代產品更便宜，體積更小。1.2.2 現場總線概況現場總線是應用在生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統，現場總線技術將專用微處理器置入傳統的測量控制儀表，使它們各自具有了數字計算和數字通訊能力，采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個測量控制儀表連接成網絡系統，并按公開、規范的通信協議，在位于現場的多個微機化測量控制設備之間及現場儀表與遠程監控計算機之間，實現數據傳輸與信息交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統1。 現場總線是20世紀80年代中期在國際上發展起

15、來的。隨著微處理器與計算機功能的不斷增強和價格的降低，計算機與計算機網絡系統得到迅速發展。現場總線可實現整個企業的信息集成，實施綜合自動化，形成工廠底層網絡，完成現場自動化設備之間的多點數字通信，實現底層現場設備之間以及生產現場與外界的信息交換。1983年，Honeywell推出了智能化儀表，它在原模擬儀表的基礎上增加了計算功能的微處理器芯片，在輸出的420mA直流信號上迭加了數字信號，使現場與控制室之間的連接模擬信號變為數字信號。之后，世界上各大公司推出了各種智能儀表。智能儀表的出現為現場總線的誕生奠定了基礎。智能儀表的出現為現場信號的數字化提供了條件，但不同廠商提供的設備通信標準不統一，束

16、縛了底層網絡的發展。現場總線要求不同的廠商遵從相同的制造標準，組成開放的互連網絡是現場總線的發展趨勢。 現場總線系統打破了傳統控制系統采用的按控制回路要求，設備一對一的分別進行連線的結構形式。把原先DCS系統中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊放入現場設備，加上現場設備具有通信能力，因而控制系統功能能夠不依賴控制室中的計算機或控制儀表，直接在現場完成，實現了徹底的分散控制。1.3 溫度監測及報警系統的應用前景2 現場總線CAN原理介紹2.1 現場總線簡介隨著控制、計算機、通訊、網絡等技術的發展，信息交換溝通的領域正在迅速覆蓋從工廠的現場設備層到控制、管理的各個層次、覆蓋從工段、車間、工廠、企

17、業乃至世界各地的市場。信息技術的飛速發展，引起了自動化系統結構的變革，逐步形成以網絡集成自動化系統為基礎的企業信息系統。現場總線就是順應這一形勢發展起來的新技術。現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。它的出現，標志著工業控制領域又一個新時代的開始，并將對該領域的發展產生重要影響。現場總線是應用在生產現場、在微型計算機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡。其在制造業、流程工業、交通、樓宇等方面的自動化系統中具有廣泛的應用背景2。現場總線技術將專用于微處理器置入傳統的測量控制儀表，使它們各自具有數字

18、計算和通信能力，采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個測量控制儀表連接成的網絡系統，并按公開、規范的通信協議，在位于現場的多個微型計算機化測量控制設備之間以及現場儀表與遠程監控計算機之間，實現數據傳輸與信息交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統。簡而言之，它把單個分散的測量控制設備變成網絡節點，以現場總線為紐帶，連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務的網絡系統與控制系統。它給自動化領域帶來的變化正如眾多分散的計算機被網絡連接在一起，使計算機的功能、加入到信息網絡的行列。因此現場總線技術是一個控制技術新時代的開端2。2.2 CAN總線簡介控制器區域網(Controller Area N

19、etwork)CAN現場總線已經成為在儀表裝置通訊的新標準。它提供高速數據傳送， 在短距離(40m)條件下具有高速(1Mbit/s)數據傳輸能力，而在最大距離10000m時具有低速(5kbits/s)傳輸能力，極適合在高速的工業自控應用上CAN總線可在同一網絡上連接多種不同功用的傳感器(如位置，溫度或壓力等)。CAN總線與其他總線相比有如下特點：它是一種多主總線，即每個節點機均可成為主機，且節點機之間也可進行通信；通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維，通信速率可達1Mbps；CAN總線通信接口中集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循

20、環冗余校驗、優先級判別等項工作；CAN協議的一個最大特點是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進行編碼。采用這種方法的優點可使網絡內的節點個數在理論上不受限制，數據塊的標識碼可由11位或29位二進制數組成，因此可以定義211或229個不同的數據塊，這種按數據塊編碼的方式，還可使不同的節點同時接受到相同的數據，這一點在分步式控制中非常重要；數據段長度最多為8個字節，可滿足通常工業領域中控制命令，工作狀態及測試數據的一般要求。同時，8個字節不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性；）CAN協議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數據通信的可靠性。CAN總線所具有的卓越性能、

21、極高的可靠性和獨特設計，特別適合工業設備測控單元互連。因此倍受工業界的重視，并已公認為最有前途的現場總線之一。2.2.1 CAN-bus的產生與發展 控制器局部網（CANCONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司為現代汽車應用領先推出的一種多主機局部網，由于其卓越性能現已廣泛應用于工業自動化、多種控制設備、交通工具、醫療儀器以及建筑、環境控制等眾多部門。控制器局部網將在我國迅速普及推廣。隨著計算機硬件、軟件技術及集成電路技術的迅速發展，工業控制系統已成為計算機技術應用領域中最具活力的一個分支，并取得了巨大進步。由于對系統可靠性和靈活性的高要求，工業控制系統的發展主要表現為

22、：控制面向多元化，系統面向分散化，即負載分散、功能分散、危險分散和地域分散。CAN總線的拓撲結構如圖2.1所示，是一個典型的串行總線的結構形式。圖2.1 CAN總線網絡結構CAN總線中一個節點發送信息，多個節點接收信息；但CAN總線的信息存取方式既不同于令牌方式的Arcnet，也不同于主從方式的Bitbus，采用的是一種廣播式的存取工作方式。與其他網絡不同，在CAN總線的通信協議中，沒有節點地址的概念，也沒有任何與節點地址相關的信息存在，它支持的是基于報文的工作方式5。也就是說，CAN總線面向的是數據而不是節點，因此加入或撤銷節點設備都不會影響網絡的工作，十分適用于控制系統要求快速、可靠、簡明

23、的特點。以下將對CAN總線的基本通信工作原理做一介紹。CAN總線協議是通過一種非破壞性的仲裁方式來解決總線沖突的。這也就是說當總線出現發送沖突時，通過仲裁后，原發送信息不會受到任何影響。所有的仲裁判別都不會破壞優先級高的報文信息內容，也不會對其發送產生任何的時延。這種仲裁規則可以使信息和時間均無損失。CAN總線是一個基于報文而不是基于站點地址的協議。也就是說報文不是按照地址從一個節點傳送到另一個節點。CAN總線上報文所包含的內容只有優先級標志區和欲傳送的數據內容。所有節點都會接收到在總線上傳送的報文，并在正確接收后發出應答確認。至于該報文是否要做進一步的處理或被丟棄將完全取決于接收節點本身，由

24、節點來進行報文過濾。同一個報文可以發送給特定的站點或許多站點，就看你怎樣去設計網絡和系統。CAN總線協議另外一個有用的特性是一個節點可以主動要求其它節點發送信息。這種特性叫做遠程發送請求（RTR）。和上面不同之處在于，節點并不等待信息的到來，而是主動去索取。設計人員就可以利用這一遠程發送請求特性來減少網絡的數據通信量，同時維持整個系統的完整性。基于報文的這種協議另外一個好處是新的節點可以隨時方便地加入到現有的系統中，而不需對所有節點進行重新編程以便它們能識別這一新節點。一旦新節點加入到網絡中，它就開始接收信息，判別信息標識，然后決定是否作處理或直接丟棄。CAN總線定義了四種不同的報文（或叫幀）

25、用于總線通信。第一種也是最常用的是數據幀，用于一個節點傳送信息到其它任一或所有節點；第二種叫遠程幀，基本上是一個數據幀但其中的RTR位被置1，表明這是一個遠程發送請求，用于一個節點主動要求其它節點發送信息；另外兩種用于差錯處理，分別叫做錯誤幀和過載幀。如果節點在接收過程中檢測到任一在CAN總線協議中定義了的錯誤信息，它就會發送一個錯誤幀，當一個節點正忙于處理接收的信息，需要額外的等待時間接收下一報文時，可以發送過載幀，通知其它節點暫緩發送新報文。（1）CAN總線有如下基本特點： 廢除傳統的站地址編碼，代之以對通信數據塊進行編碼，可以多主方式工作； 采用非破壞性仲裁技術，當兩個節點同時向網絡上傳

26、送數據時，優先級低的節點主動停止數據發送，而優先級高的節點可不受影響繼續傳輸數據，有效避免了總線沖突； 采用短幀結構，每一幀的有效字節數為8個，數據傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發送的時間短； 每幀數據都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數據傳輸的高可靠性，適于在高干擾環境下使用； 節點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，切斷它與總線的聯系，以使總線上其他操作不受影響； 可以點對點，一對多及廣播集中方式傳送和接受數據。（2）CAN總線的優點： 具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優點； 采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環境中工作； 具有優先權和仲裁功

27、能，多個控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機局部網絡； 可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文； 可靠的錯誤處理和檢錯機制； 發送的信息遭到破壞后，可自動重發； 節點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能； 報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優先級信息。2.2.4 CAN協議簡介2.2.4.1 CAN協議的分層結構CAN協議分為三層：目標層、傳輸層和物理層6。主要對應于ISO(Intermational Standard Organizantion，國際標準化組織)的OSI(Open System Interconnertion，開放系統互連)七層模

28、型中數據鏈路層的媒體訪問控制子層以及物理層的物理信號部分。目標層和傳輸層包含所有由ISO/OSI模型定義的數據鏈路層的服務和功能。由于CAN的數據結構簡單，又是范圍較小的局域網，因此不需要其他中間層，應用層數據直接取自數據鏈路層或直接向鏈路層寫數據。結構層次少有利于系統中實時控制信號的傳送。傳 播 媒 體應用層有設計者自行定義數據鏈路層物理層邏輯鏈路控制子層LLC媒體訪問控制子層MAC物理信號子層PLS物理媒體附屬子層PMA媒體相關接口子層MDICAN控制器CAN收發器CAN協議規范圖2.2 CAN協議的分層結構CAN協議的分層結構如圖2.2所示。PMA子層和MDI子層有多種規范，由不同的組織

29、制定，可應用在不同的領域和場合。CAN層的定義與開放系統互連模型（OSI）一致，每一層與另一設備上相同的那一層通訊，實際的通訊發生在每一設備上的相鄰的兩層，而設備只通過模型物理層的物理介質互連，表2-1中展示了OSI開放式互連模型的各層。應用層協議可以由CAN用戶定義成合適特別工業領域的任何方案，已在工業控制和制造業領域得到了廣泛應用的標準是DeviceNet，這是PLC和智能傳感器設計的，在汽車工業，許多制造商都應用他們的標準。表2-1 OSI 開放系統互連模型7應用層最高層用戶軟件網絡終端等之間用來進行信息交換如DeviceNet6表示層將兩個應用不同數據格式的系統信息轉化為能共同理解的格

30、式5會話層依靠低層的通信功能來進行數據的有效傳遞4傳輸層兩通信節點之間數據傳輸控制操作如數據重發數據錯誤修復3網絡層規定了網絡連接的建立維持和拆除的協議如：路由和尋址2數據鏈路層規定了在介質上傳輸的數據位的排列和組織如數據校驗和幀結構1物理層規定通訊介質的物理特性如電氣特性和信號交換的解釋CAN物理層定義了傳輸線和硬件的機械、電氣和電信號特征及功能。機械特征包括連接器尺寸、類型等；電氣特性包括最大傳輸速率、最大傳輸距離、信號電平狀態代表意義等；電信號特征包括對應電平信號的邏輯信號、信號的傳輸時序、數據采樣方式等。但在CAN2.0A/B中對物理層部分的內容做了規定，而在ISO11898標準中的內

31、容更加具體，但沒有指明通訊介質的材料，因而用戶可以根據自己的需要選擇雙絞線，同軸電纜或光纖，最常用的就是雙絞線。表2-2 CAN總線長度與傳輸距離的關系CAN總線波特率任意兩節點間的最大距離1Mbps40m500kbps130m250kbps270m125kbps530m100kbps620m50kbps1.3km20kbps3.3km10kbps6.7km5kbps10kmCAN網絡的速度取決于總線的長度。控制器最快能達到1Mbps，但對總線長度有限制。對于50m長的總線，最大波特率是1Mbps，而對于150m的總線，波特率約為0.5Mbps。CAN網絡上的任意兩個節點之間的最大傳輸距離與其

32、位速率有關，其對應關系見表2-2所示。時間t平均電壓U隱性位 顯性位 隱性位CAN總線上的電平形式中的總線數值為兩種互補邏輯數值之一：“顯性”或“隱性”。顯性數值表示邏輯“0”，而“隱性”數值表示邏輯“1”。“顯性”和“隱性”同時發送時，最后總線數值將顯示為“顯性”。在“隱性”狀態下，和被固定于平均電壓電平，近似為0。在總線空閑或“隱性”位期間，發送“隱性”狀態。“顯性”狀態改寫“隱性”狀態并發送。總線位的數值表示如圖2.3所示。(差動傳輸方式)2.2.4.2 報文傳輸及其幀結構3 基于CAN多點溫度檢測系統的總體設計3.1 系統總體方案設計 溫度檢測系統有則共同的特點：測量點多、環境復雜、布

33、線分散、現場離監控室遠等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設計信號調理電路、A/D 轉換及相應的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉換成數字信號送到計算機去處理。這樣，由于各種因素會造成檢測系統較大的偏差；又因為檢測環境復雜、測量點多、信號傳輸距離遠及各種干擾的影響，會使檢測系統的穩定性和可靠性下降 。所以多點溫度檢測系統的設計的關鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和遠程通信的設計。溫度傳感器應用范圍廣泛、使用數量龐大，也高居各類傳感器之首。系統采用針對傳統溫度測溫系統測溫點少，系統兼容性及擴展性較差的特點，運用分布式通訊的思想。設計一種可以用于大規模多點溫度的檢測報警系統。系統的主控模

34、塊與監控模塊之間采用CAN總線進行數據傳輸，從而成為總線上的監控節點。系統組成框圖如下圖3.1。單片機CANCAN單片機溫度傳感器主控模塊監控模塊圖3.1 系統組成框圖3.2 系統設計的主要器件選擇在糧庫、倉庫中溫度是主要的參數，本設計要求設計溫度參數的自動檢測系統，該系統由單片機或其它微型機來完成，并實現顯示溫度值，當測量到的溫度超過用戶界限時報警。目前CAN總線已被公認為是最有前途的幾種現場總線之一。因其高性能價格比、實現簡單等突出優點深得越來越多的研發人員的青睞， CAN控制器有82C250、SJA1000及Intel 82526/82527等；根據當前市場、開發工具和課題的實際需要，系

35、統的智能節點均選用ATMEL8位單片機AT89S52為微處理器，并選取PhiliPs公司的SJA1000CAN控制器以及PCA82C250總線收發器，主要考慮到SJA1000支持CAN2.0A/B協議，而82C250可以支持110個CAN節點，并且國內市場上PhiliPs的產品型號比較多，購買比較方便。3.2.1 微處理器AT89S51/52系列單片機是美國ATMEL公司生產的一種低功耗、高性能的片內有4K/8K快閃可編程/擦除只讀存儲器(FPEROM)的8位COMS微控制器。除與8031引腳和指令系統完全兼容外，又增加了許多新的功能。AT89S52具有8K在系統可編程Flash存儲器。使用高

36、密度非易失性存儲器技術制造，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能：8k字節Flash，256字節RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼

37、續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最新的89S系列時鐘頻率支持到了3MHz，包含看門狗定時器WDT、2個數據指針等新功能，極大的增強了單片機的性能，是目前取代MCS-51單片機的主流芯片之一。故本系統選用AT89S52單片機作為微控制器。AT89S52單片機主要性能： 與MCS-51單片機產品兼容 8K字節在系統可編程Flash存儲器 1000次擦寫周期 全靜態操作：0Hz33Hz 三級加密程序存儲器 32個可編程I/O口線 三個16位定時器/計數器 八個中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚

38、醒 看門狗定時器 雙數據指針 掉電標識符SJA1000是一個獨立的CAN控制器，SJA1000是PHILIPS公司早期CAN控制器PCA82C200的替代品，功能更強，增加了一種新的工作模式(PeliCAN)，這種模式支持CAN2.0B協議912。SJA1000主要負責把并行的數據轉換成CAN的格式進行發送和接收。它內部自帶發送和接收緩沖，并有超強的錯誤報警和雙重濾波處理。SJA1000具有如下特點： 完全兼容PCA82C200及其工作模式，即BASICCAN模式； 具有擴展的接收緩沖器，64字節的FIFO結構； 支持CAN2.0B； 支持11位和29位識別碼； 位速率可達1Mbit/s； 支

39、持peliCAN模式及其擴展功能； 24MHz的時鐘頻率； 支持與不同微處理器的接口； 可編程的CAN輸出驅動配置； 增強了溫度范圍（-40+125）。SJA1000的硬件結構框圖如圖3.2所示。圖3.2中，SJA1000由CAN核心模塊、接口管理邏輯、發送緩沖區、驗收濾波器單元、接收FIFO(先入先出)等幾部分組成。收發器CAN總線SJA1000主控制器接口管理邏輯發送緩沖接收FIFO驗收濾波器CAN核心模塊圖3.2 SJA1000的硬件結構框圖CAN核心模塊負責CAN信息幀的收發和CAN協議的實現。接口管理邏輯負責同外部主控制器的接口，該單元中的每一個寄存器都可由主控制器通過SJA1000

40、的地址/數據總線訪問13。發送緩沖區可存儲一個完整的信息幀，長度為13字節。主控制器可直接將標識符和數據送入發送緩沖區，然后置位命令寄存器(CMR)中的發送請求位TR，啟動CAN核心模塊讀取發送緩沖區中的數據，按CAN協議封裝成一個完整的CAN信息幀，提供給收發器發往總線。SJA1000主要由接口管理邏輯IML、信息緩沖器(含發送緩沖器TXB和接收緩沖器RXFIFO)、位流處理器BSP、接收過濾器ASP、位時序處理邏輯BTL、錯誤管理邏輯EML、內部振蕩器及復位電路等構成。IML接收來自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址并向主控器提供中斷信息及狀態信息。CPU的控制經IML把要發送的數據寫入

41、TXB，TXB中的數據由BSP處理后經BTL輸出到CAN總線。BTL始終監視CAN總線，當檢測到有效的信息頭“隱性電平-控制電平”的轉換時啟動接收過程，接收的信息首先要由位流處理器BSP處理，并由ASP過濾。只有當接收的信息的識別碼與ASP檢驗相符時，接收信息才最終被寫入RXB或RXFIFO中。RXFIFO最多可以緩存64字節的數據，該數據可被CPU讀取。EML負責傳送層中調制器的錯誤管制，它接收BSP的出錯報告，促使BSP和IML進行錯誤統計14。驗收濾波器單元完成接收信息的濾波，只有驗收濾波器通過且無差錯，才把接收的信息幀送入接收FIFO緩沖區，且置位接收緩沖區狀態標志SR.0，表明接收緩

42、沖區中己有成功接收的信息幀，接收幀的數量可通過訪問接收信息計數器(RMC)得知。接收FIFO共有64個字節，遠遠超過8X200的接收緩沖區，因而SJA1000的超載能力也大大加強。3.2.3 PCA82C250總線收發器PCA 82C250是PhiliPs公司的CAN控制器和物理總線間的接口，可提供對總線的差動發送和接收能力。它與ISO11898標準完全兼容，最高速率可達IMbps，采用斜率控制可降低射頻干擾，并且其未上電節點不會千擾總線。在硬件電路中使用82C250是為了增大通信距離，提高系統的瞬間抗干擾能力，保護總線。PCA82C250是CAN控制器和物理總線之間的接口，它最初為汽車中的高

43、速通信（最高達1Mbps）應用設計12。該器件對總線提供差動發送能力，對CAN控制器提供差動接收能力。（1）82C250的主要特性如下： 與ISO11898標準完全兼容 高速（最高可達1Mbps） 具有抗汽車環境下的瞬間干擾，保護總線能力 采用斜率控制（Slope Control），降低射頻干擾（RFI-Radio Frequency Interference） 熱保護 電源和地之間的短路保護 低電流待機模式 未上電節點對總線無影響 可連接110個節點（2）PCA82C250的內部結構PCA82C250的內部結構框圖如圖3.3所示。圖3.3 82C250功能框圖（3）PCA82C250的功能首

44、先，82C250驅動電路內部具有限流電路，可防止輸出級對電源、地或負載短路13。雖然短路出現時功耗增加，但不致使輸出級損壞。其次，82C250采用雙線差分驅動，有助于抵制惡劣環境下的瞬變干擾。引腳可用于選擇三種不同的工作模式：高速、斜率控制和待機。在高速工作模式下，發送器輸出級晶體管盡可能快地啟動和關閉。在這種模式下，不采取任何措施限制上升和下降斜率，此時，建議使用屏蔽電纜以避免射頻干擾問題。通過將引腳8接地可選擇高速模式。對于較低速度或較短總線長度，可用非屏蔽雙絞線或平行線作總線。為降低射頻干擾，應限制上升和下降的斜率，上升和下降的斜率可通過由引腳8至地連接的電阻進行控制，斜率正比于引腳8上

45、的電流輸出。若引腳8接高電平，則電路進入低電平待機模式，在這種模式下，發送器被關閉，接收器轉至低電流。若檢測到顯性位，RXD將轉至低電平，微控制器應通過引腳8將驅動器變為正常方式作為對此條件作出的反應。由于在待機模式下接收器是慢速的，因此第一個報文將被丟失。對于CAN控制器及帶有CAN總線接口的器件，82C250并不是必須使用的器件，因為多數CAN控制器均具有配置靈活的收發器件，并允許總線故障，只是驅動能力只允許2030個節點連接在一條總線上。而82C250支持多達110個節點，并能以1Mbps的速率工作于惡劣電氣環境下。利用82C250還可方便地在CAN控制器與收發器之間建立光電隔離。在實際

46、應用中，CAN總線大都用在如汽車和工業現場控制等的環境中，環境對電路的影響很大，所以為減少這些干擾，在設計CAN總線的節點時，通常在電路中使用高速光耦，如6N137等，使SJA1000的TX0與RX0不直接與82C250的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦與82C250相連，這樣就能很好地實現總線上各CAN節點間的電氣隔離。溫度傳感器大致可以分為模擬溫度傳感器和數字溫度傳感器兩類。模擬溫度傳感器，其輸出的信號通常是電流、電壓等線性信號，要通過信號前端調理電路和AD轉換電路來實現數字化，才能輸入到PIC控制核心來運算。這類常用的型號如：熱敏電阻、熱電偶、熱電阻、ADI公司出品的AD590、美信

47、公司出品的MAX6613等。模擬溫度傳感器根據輸出的信號還可以細分為電流型和電壓型。另外，各個模擬溫度傳感器的精度、線性度、測量范圍、價格也要根據不同的應用來考慮。其優點是常用、采購容易、價格低廉，配合不同類型的ADC，可實現不同檔次的精度需求。缺點是電路復雜、易受外部干擾、通常要進行硬件或者軟件算法的補償措施。如果系統選擇采用熱敏電阻，則可滿足40攝氏度至90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復性、可靠性較差，對于檢測1攝氏度的信號是不適用的。而且在溫度測量系統中，采用單片溫度傳感器，比如AD590，LM35等.但這些芯片輸出的都是模擬信號，必須經過A/D轉換后才能送給計算機，這樣就使得測溫

48、裝置的結構較復雜。另外，這種測溫裝置的一根線上只能掛一個傳感器，不能進行多點測量。即使能實現，也要用到復雜的算法，一定程度上也增加了軟件實現的難度。在多點測溫系統中，傳統的測溫方法是將模擬信號遠距離采樣進行AD轉換，而為了獲得較高的測溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點測量切換及放大電路零點漂移等造成的誤差補償問題。采用數字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出信號全數字化。便于單片機處理及控制，省去傳統的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學性很穩定，它能用做工業測溫元件，此元件線形較好。在0-100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數據傳

49、輸，由數字溫度計DS18B20和微控制器構成的溫度測量裝置，它直接輸出溫度的數字信號，可直接與計算機連接。這樣，測溫系統的結構就比較簡單，體積也不大，且由于微控制器可以帶多個DSB1820，因此可以非常容易實現多點測量。輕松的組建傳感器網絡。采用溫度芯片DS18B20測量溫度，可以體現系統芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發展的一種趨勢。本方案應用這一溫度芯片，也是順應這一趨勢。DS18B20是美國DALLAS公司生產的一款溫度傳感器，其具有耐磨耐碰，體積小

50、，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域17。特點：獨特的一線接口，只需要一條口線通信多點能力，簡化了分布式溫度傳感應用，無需外部元件，可用數據總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V，無需備用電源，測量溫度范圍為-55 C至+125 。華氏相當于是-67F到257華氏度 -10C至+85C范圍內精度為0.5C。DS18B20的主要特性DS18B20的外形和內部結構：DS18B20的外形及管腳排列如下圖3.4。 適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數 據線供電 獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處

51、理器與DS18B20的雙向通訊 DS18B20支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫 DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內 溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5 可編程 的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現高精度測溫 在9位分辨率時最多在 93.75ms內把溫度轉換為數字，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字，速度更快 測量結果直接輸出數字溫度信號，以一 線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干

52、擾糾錯能力 負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發熱而燒毀， 但不能正常工作。DS18B20工作原理DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由2s 減為750ms。DS18B20測溫原理如圖3.5所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在-55所對應的一個基數值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數。低溫度系數晶振高溫度系數晶振預置斜率累加器比較計數

53、器1計數器2=0=0溫度計存器預置LSB置位/清除停止加1圖3.5 當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重 新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即 為所測溫度18。圖3.5中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。內部 I/ODS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL配置寄存器。該裝置信號線高的時候，內部電容器，儲存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期

54、間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。DS18B20的電源也可以從外部3V-5.5V的電壓得到。在多點測溫系統中，傳統的測溫方法是將模擬信號遠距離采樣進行AD轉換，而為了獲得較高的測溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點測量切換及放大電路零點漂移等造成的誤差補償問題。采用數字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出信號全數字化。便于單片機處理及控制，省去傳統的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學性很穩定，它能用做工業測溫元件，此元件線形較好。在0-100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數據傳輸，由數字溫度計DS1820和微控制器構成的溫

55、度測量裝置，它直接輸出溫度的數字信號，可直接與計算機連接。這樣，測溫系統的結構就比較簡單，體積也不大，且由于微控制器可以帶多個DSB1820，因此可以非常容易實現多點測量。輕松的組建傳感器網絡。采用溫度芯片DS18B20測量溫度，可以體現系統芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發展的一種趨勢19。本設計應用這一溫度芯片，也是順應這一趨勢。由于發光二極管顯示器LED（Light Emitting Diode）多為8段或米字段，只能輸出有限的英文字符，對于儀器的使用

56、者來說很不方便，所以我們在多點溫度檢測系統上使用了液晶顯示器(LCD)。液晶顯示器具有體積小、外形薄、重量輕、耗能小、工作電壓低、無輻射，特別是視域寬、顯示信息量大等優點。液晶顯示器已被廣泛應用于各種儀器儀表、電子顯示裝置等場合，成為測量結果顯示和人機對話的重要工具。液晶顯示器按功能分為段位式LCD、字符式LCD和點陣式LCD，前兩者只能顯示有限字符，而點陣式LCD不僅能顯示字符，還可以顯示漢字及各種圖形，并且可實現屏幕的上下左右滾動顯示，反轉顯示以及顯示閃爍等功能，用途十分廣泛。本系統的顯示屏采用FM12232B液晶模塊，實現電流信號數據的實時顯示。該類液晶模塊采用的驅動控制器都是SED152O或其兼容型驅動控制器。SED1520液晶顯示控制驅動器集行列驅動器和控制器于一體，被廣泛應用于小規模液晶顯示模塊。12232是一種內置8192個1616點漢字庫和128個168點ASCII字符集圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅動器/ 列驅動器及12832全點陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示，也可以顯示7.52個(1616點陣)漢字。與外部CPU接口采用