1、采用現場總線技術設計溫度測控系統現場總線技術概述現場總線是指安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線。它是一種工業數據總線，是自動化領域中底層數據通信網絡。簡單說，現場總線就是以數字通信替代了傳統4-20mA模擬信號及普通開關量信號的傳輸，是連接智能現場設備和自動化系統的全數字、雙向、多站的通信系統。主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。CAN總線CAN 是Controller Area Network 的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國際標準化的串行通信協

2、議。在當前的汽車產業中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統被開發了出來。由于這些系統之間通信所用的數據類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構成的情況很多，線束的數量也隨之增加。為適應“減少線束的數量”、“通過多個LAN，進行大量數據的高速通信”的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發出面向汽車的CAN 通信協議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進行了標準化，現在在歐洲已是汽車網絡的標準協議。現在，CAN 的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應用于工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。現場總線是當今自動化領域技術發展的熱

3、點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。它的出現為分布式控制系統實現各節點之間實時、可靠的數據通信提供了強有力的技術支持。CAN總線設計溫度測控系統所針對對象 在工業系統中，潤滑油系統為大型設備的轉軸軸承提供潤滑油，是保證設備安全運行的重要條件。潤滑油溫度需保持在20C到60C之間，控制值為35C左右，在潤滑過程中油溫會升高，需要在供油管上增加冷油器來冷卻油溫。通過調節閥調節冷卻水流量，使油溫能保持在最佳值附近。本文介紹一種采用分布式結構的自動溫度測控系統，該系統的溫度測控模塊不僅可以按照設定獨立的進行溫度測控，而且能夠將分布在不同地點的溫度測控模塊通過CAN現場總線連接起來，接入PC機進行集

4、中監控和管理。總述本系統采用CAN現場總線進行通訊，由于一條CAN總線上的節點個數理論上是不受限制的，實際應用則取決于總線驅動電路，目前最高達到110個。所以，基于CAN的分布測控系統適合各種規模的應用場合，由于CAN現場總線采用非破壞總線仲裁技術，大大節約了總線沖突的仲裁時間，尤其是在網絡負載很重的情況下，也能穩定通訊，不會出現網絡癱瘓，從而提高整個系統的穩定性。同時，由于CAN總線的系統靈活，其節點可以在不要求現存節點及其應用層改變仁和軟件或硬件的情況下，接入CAN網絡，大大提高了系統的可擴充能力。系統結構與工作原理分布式溫度測控系統由溫度測控模塊，隔離CAN中繼器，計算機，打印機，CAN

5、通訊卡等組成，其結構如圖所示：溫度測控模塊是系統構成的基礎與關鍵，它直接與溫度采集及控制執行機構相連接，實現對溫度的檢測與控制，如溫度超限（上限，下限）報警、加熱、冷卻等。雖然該模塊是系統的一個組成部分，但它也可以獨立工作，即在系統其它部分停止工作的情況下，自動溫度測控模塊仍然可以獨立控制執行機構來實現基本的溫度測控功能，提高了系統工作的可靠性。同時由于系統降低了對上位計算機可靠性的要求，因此上位機可以采用普通的PC機來代替工業控制計算機，降低了系統的成本。各個溫度測控模塊與上位計算機之間通過CAN現場總線通訊。與其他網絡不同，在CAN總線的通訊協議中，沒有節點地址的概念，也沒有任何與節點地址

6、相關的信息存在，它支持的是基于數據的工作方式。即：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，這樣的結構十分適用于控制系統要求快速、可靠、簡明的特點。同時，CAN總線的直接通訊距離最遠可達到10km，通過CAN中繼器可以是通訊的距離進一步延長。系統工作時，首先上位機將各溫度測量點的溫度設定值及極限溫度設定值通過CAN總線發送給相應的溫度測量模塊，下位 的 溫 度 測 量 模 塊 將 接 收 到 的 各 設 定 值 進 行 保 存 在EEPROM，這樣在不更新設備的情況下，控制模塊可以脫離上位機而獨立工作，控制模塊的啟停等操作可以通過現場的操作面板進行控制，也可

7、以在上位計算機上進行遠程控制。系統中的上位計算機主要完成人機對話和系統管理功能，如各溫度測量點的溫度及其上下限的設定，對采集的溫度進行數據庫管理，實現溫度的查詢和打印等，同時對溫度測量點的加熱和冷卻進行手動實時控制。自動溫度測控模塊的設計溫度測控模塊采用PIC185F458單片機控制，由電源電路，復位電路，看門狗電路，CAN接口電路，信號調理電路，多路選擇電路，繼電器輸出電路等組成，由于PIC185F458單片機內部包含11位的A/D轉換器，所以電路省去了A/D轉換電路，如圖所示：自動溫度測控模塊的典型CAN通訊接口電路如圖所示：MCP2551是一款ISO11898兼容的高速CAN收發器，其標

8、準引腳與功能使其可用于已有高速CAN收發器的應用中，同時提供改進的性能，如更寬的瞬變電壓與短路電壓范圍，以及更短的傳播延遲。為了增強CAN總線節點的抗干擾能力，PIC185F458的CANTX和CANRX并不是直接與MCP2551的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后與MCP2551相連，這樣就很好的實現了總線上和CAN節點間的電氣隔離。光耦部分電路所采用的兩個電源VCC和VDD必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義。電源的隔離可采用小功率隔離電源模塊或帶多5V隔離輸出的開關電源模塊。CAN通信應用層協議應用層協議是CAN網絡應用的關鍵，因此該系統中，我們在上位PC機與前端溫度測

9、控模塊之間的通信中，制定了切實可行的用戶層通信協議。 系統通信報文采用擴展幀格式，通信協議采用“ID+輔助標識碼+命令+數據”的形式，其中ID為網絡節點標識符，采用ID.0-ID.12（共13位）。標識符ID.14-ID.20（共8位）作為輔助標識碼，當數據是多幀報文時，被用作數據索引號；當對開關量的執行機構進行控制時，作為控制對象的索引號。標識符ID.21-ID.8（共8位）作為命令操作碼，ID.14-ID.28不參與收濾波。系統操作命令有： （1）系統巡檢命令：系統啟動時，上位計算機檢測各自動溫度測控模塊的工作狀態。 （2）巡檢應答：對上位計算機發送的巡檢命令進行應答。 （3）溫度設定命令

10、：上位計算機將用戶設定的溫度傳送到各自動溫度測控模塊 （4）極限溫度設定命令：上位計算機將用戶設定的極限溫度（上限、下限）傳送到各自動溫度測控模塊。（5）數據請求命令：上位計算機請求自動溫度測控模塊將采集的溫度數據上傳。 （6）數據應答：自動溫度測控模塊將所采集的溫度數據上傳到計算機。 （7）開關量執行機構控制命令：加熱泵、冷卻泵的啟停以及其他開關量輸出。系統軟件設計上位軟件設計分布式自動溫度測控系統的上位軟件采用Visual C+語言編寫而成，包括用戶管理、溫度設置、數據查詢、數據打印、報警設置、通訊測試等功能模塊。為了能使用戶操作簡便，軟件采用單窗體界面，通過按鈕可以調出其他各對話框，如：

11、用戶管理對話框、溫度設置及報警狀態查詢對話框、數據查詢和打印對話框及通訊測試對話框等。 主窗口的功能是通過上位計算機與自動溫度測控模塊之間的數據通訊，在上位計算機上實時顯示各溫度測控點的溫度，并可對各控制模塊進行控制。為了形象、直觀、靈活的表示系統的工作狀態，軟件中使用了動畫，各儀器儀表完全仿照實物設計，數值采用數碼顯示，所有對話框采用了Windows XP界面。用戶管理對話框可以實現用戶的登錄及注銷、合法用戶口令修改、新用戶的創建，用戶權限設置等功能。溫度設置對話框可以設置各溫度測控點的溫度。報警設置對話框可以設置各溫度測控點的極限溫度，同事實時顯示各溫度測控點的溫度數值和當前的報警狀態。數

12、據查詢和打印對話框可以實現每天和每月數據的統計和打印。通訊測試對話框用于設備調試和維護，需要專業人員操作。本設計中采用Microsoft Access數據庫來對各數據進行保存和管理，在具體實現上是通過ADO數據對象與數據庫進行連接的。系統軟件設計溫度測控模塊軟件溫度測控模塊軟件的程序采用C18和匯編語言混合編程，包括模塊管理程序、模塊測控程序和通信程序3大部分，模塊管理程序有鍵盤及顯示接口程序，EEROM讀寫程序，時鐘管理程序，報警處理程序等，實現終端機測控參量的實時顯示，上下限制的設定，超限報警處理功能；模塊測控程序有數據采集及濾波處理程序，標度轉換程序，開關量輸入程序，控制輸出程序等，實現

13、溫度參量的采集處理，開關量的輸出控制；通訊程序實現本模塊與上位計算機的遠程通訊，完成遠程測控和控制的功能。為了減輕網絡的通信負荷，溫度測量模塊定時比較所采集的數據（溫度），如果有變化則向上微計算機傳輸數據，否則，不傳輸數據。總結分布式自動溫度測控系統不僅具有基本的溫度測控功能，而且通過CAN總線將分布在各處的單元連接起來，可以在上位計算機上進行集中監控以及查詢和統計等數據的管理，具有結構靈活、人機界面好、集控制和管理與一體等優點，克服了人工方式控制經度差，勞動強度大，且集中綜合管理更加困難等缺點，提高了生產效率，降低了各種損耗，管理手段實現了現代化。此系統可以應用于與其他遠距離分布式控制場合。

14、附錄程序一（具體溫度采集程序具體溫度采集程序）功能：實時采集當前環境溫度值，并顯示于數碼管上。同時，當溫度高于某一值時（在這里設為功能：實時采集當前環境溫度值，并顯示于數碼管上。同時，當溫度高于某一值時（在這里設為27攝氏度，攝氏度，蜂鳴器便會發出報警）。而當低于該值時，蜂鳴器便自動停止報警。蜂鳴器便會發出報警）。而當低于該值時，蜂鳴器便自動停止報警。#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DS=P22; uint temp; uchar flag1; sbit dula=P26;sbit wela=P

15、27; sbit beep=P23;unsigned char code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71;unsigned char code table1=0 xbf,0 x86,0 xdb,0 xcf,0 xe6,0 xed,0 xfd,0 x87,0 xff,0 xef;void delay(uint count) /延時 uint i; while(count) i=200; while(i0) i-; count-

16、; void dsreset(void) /發送復位和初始化命令 uint i; DS=0; i=103; while(i0)i-; DS=1; i=4; while(i0)i-;bit tmpreadbit(void) /讀一位 uint i; bit dat; DS=0;i+; DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8;while(i0)i-; return (dat);uchar tmpread(void) /讀一個字節數據 uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tmpreadbit(); dat=(j1); return(dat);voi

17、d tmpwritebyte(uchar dat) /向DS18B20里寫一位 uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j1; if(testb) /write 1 DS=0; i+;i+; DS=1; i=8;while(i0)i-; else DS=0; /write 0 i=8;while(i0)i-; DS=1; i+;i+; void tmpchange(void) /DS18B20開始轉換 dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0 xcc); / address all drivers on bus tmpwriteby

18、te(0 x44); / initiates a single temperature conversionuint tmp() /獲取溫度值 float tt; uchar a,b;dsreset();delay(1);tmpwritebyte(0 xcc);tmpwritebyte(0 xbe);a=tmpread();b=tmpread();temp=b;temp0;a-) display(tmp(); if(temp=270) P1=0 x00; beep=0; else beep=1; P1=0 xff; 程序二微分系數Td具體實現程序具體實現程序float IUX=0,Error=0,temp,Old_temp; define PID.P 0.2fdefine PID.I 0.1fdefine PID.D 1.0fdefine set_temp 270 定義設定溫度void control() Error=set_temp-temp;/溫度偏差值 IUX=IUX+Error*PID.I;/積分項 if(IUX3.7) IUX=3.7; else if(IUX