CAN总线的多点温度采集

师范大学2014届学士学位论文基于CAN总线的多点温度采集学院、专业物理与电子信息学院电子信息工程研究方向自动化及控制领域学生姓名李学号201013420指导教师姓名苗指导教师职称助教2013年12月20日淮北师范大学2014届学士毕业论文基于CAN总线的多点温度采集-I-基于CAN总线的多点温度采集师范大学物理与电子信息学院235000摘要随着科学技术的发展，CAN总线技术也在不断进步，一方面由于CAN总线具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点，逐渐被应用于各个领域。另一方面CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因而能方便、灵活的对数据进行实时采集和监测。基于CAN总线的多点温度采集系统是以51单片机为主控制器，利用温度传感器DS18B20采集温度，通过LCD1602显示温度值；同时利用CAN总线将总线上其它节点采集的温度数据传送至控制中心，从而实现对多点温度数据的采集和监测。关键词CAN总线；单片机；DS18B20；LCD1602淮北师范大学2014届学士毕业论文基于CAN总线的多点温度采集-II-CAN-busbasedmulti-pointtemperatureacquisitionSchoolofPhysicsandElectronicInformation,NormalUniversity,AnhuiHuaibei,235000AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,CANbustechnologyhasbeensteadilyprogressing,ontheonehandduetothehighspeedCANbuswithcommunication,easytoimplement,andthehighcostofmanyfeaturesgraduallybeingusedinvariousfields.CANbustoanyothernodeonthenetworkreachesouttoothernodessendinformationatanytimewithoutanydifferentiation,whichcanbeconvenientandflexiblereal-timedatacollectionandmonitoring.Multi-pointtemperatureacquisitionsystembasedonCANbusis51microcontroller-basedcontroller,usingatemperaturesensorDS18B20collectingtemperaturedisplaytemperaturevaluesbyLCD1602;whileusingCANbuswillcollectothernodesonthebustemperaturedatatothecontrolcenter,whichtoachievemulti-pointtemperaturedatacollectionandmonitoring.KeywordsCANbus;SCM;DS18B20;LCD1602淮北师范大学2014届学士毕业论文基于CAN总线的多点温度采集-III-目录引言...............................................11文献综述.........................................21.1课题研究背景.................................21.2课题来源.....................................31.3CAN研究现状.................................32CAN总线技术概念..................................42.1CAN总线的特点...............................43硬件系统的设计...................................53.1CAN节点设计.................................53.2硬件设计模块................................63.2.1硬件电路................................63.2.2STC89C52RC单片机.......................63.2.3电源电路................................83.2.4传感器电路..............................83.2.5CAN收发器电路..........................93.2.6CAN控制器电路..........................93.2.7液晶显示器电路.........................114软件设计........................................124.1主节点程序流程图............................124.2从节点程序流程图............................124.3CAN初始化程序流程图........................134.4发送数据中断子程序流程图....................134.5接收数据中断子程序流程图...................144.6液晶显示模块程序流程图.....................155系统调试........................................165.1从节点.....................................165.2主节点.....................................16总结..............................................17参考文献..........................................18致谢..............................................19淮北师范大学2014届学士毕业论文基于CAN总线的多点温度采集-1-引言在当今的生产与生活中，温度是非常常见且重要的热工参数之一。例如：在工业、农业等诸多领域中，人们都需要对某些地方和某些产品的温度进行检测和控制。温度调控不好就可能导致生产安全，对产品质量和产量产生一连串问题。温度的调控很重要，但要调控好温度往往会碰到意想不到的困难。例如：地域条件，空间条件和人力资源等条件的限制。通过使用CAN总线对温度进行传输，一方面具有控制方便、组态简单和灵活等优点，克服了时间、地理位置和人力资源的限制，另一方面能够很大程度上提高对温度的实时采集与监测，这样可以避免因为温度过高或过低不能及时被发现，而导致问题的出现，影响产品的质量与产量。基于CAN总线的多点温度采集系统使用51单片机加DS18B20温度传感器的模式，为系统对温度信号采集的实时性与准确性提供保障，用CAN总线进行温度信号的传输，使整个系统数据采集的实时性得到保障。淮北师范大学2014届学士毕业论文基于CAN总线的多点温度采集-2-1文献综述当今社会科学的快速发展，导致了自动化领域的很大改变，同时让控制领域慢慢形成了开放系统互联网通信。CAN又被称为控制器局域网络，属于现场总线的范畴，与别的通信总线相比较，CAN总线在数据传输范畴拥有杰出的可靠性、实时性与灵活性。控制器局域网络拥有特别的设计理念和优良的性能，使得它在生产与生活中的使用是非常多的。由于控制器局域网络自身显著的特点，它的应用领域目前已不局限于汽车行业，而向航海、航空、航天农用机械、机器人、数控机床、传感器等领域发展的应用也很显著。本文设计的基于CAN总线的多点温度采集完成了主从节点间数据通信，该系统结构灵活、通用性强。在本系统设计里，利用温度传感器DS18B20采集温度信号，将温度信号传给51单片机，最后单片机将采集到的数据发送到CAN控制器，然后由CAN总线收发器发送到总线上，主节点接受各从节点发到CAN总线上的温度信号并进行显示，从而实现对数据的采集。1.1课题研究背景1950年以前，测控仪器处于初级的发展阶段，仪器一般安装在生产现场，仅仅具有基本测控功能，信号只可以在仪表内使用，不能传输给其他的仪器，不能和外界交换信息，使用人员只能通过生产现场的观察，才能知道生产过程的状况。1960-1969年阶段，单元组合式仪表的出现，中央控制室的建立，使得生产现场中的各参数通过统一的模拟信号送往中央控制室，工作者能够在控制室内了解生产现场的情况。1970年到1979年阶段，数字计算机在测量、模拟和理论控制领域得到运用，出现了集中式控制，数据采集系统是生产过程控制最早的一种类型，把需要采集的信号送入计算机。实践证明，数据采集系统虽然不直接运用于生产过程，但计算机计算速度快、运算便捷等优点，在数据的监测和统计过程中能够取代常早些时期的仪表，对整个生产过程进行统一监测。数据采集系统主要是对传输数据进行监测、数据记录与统计和处理、同时可以对数据进行采集储存和实时分析。淮北师范大学2014届学士毕业论文基于CAN总线的多点温度采集-3-1.2课题来源1．CAN总线是当今机械化领域技术发展的产物之一,又叫自动化领域的计算机局域网，分布式控制系统能够提供各节点之间实时、可靠的数据通信技术保障。2.自己对51单片机的了解以及对CAN总线有一定的认识，CAN总线的运用不仅仅限制在汽车行业，同时在自动化领域有了一定发展。故一来想借这课题来完成毕业设计，二来想在CAN总线技术方面能够更深入的了解。1.3CAN研究现状CAN总线最早应用于汽车行业中，当时，因为消费者对于汽车使用功能的要求越发提高，由于大部分功能的实现都是对于电子元器件的控制，这就导致电子装置间的数据通信越来越复杂，同时要求更多的数据传输导线。提出CAN总线的最初目的就是为了解决汽车中大量电子控制器件之间的数据传输，降低因功增多而增加的信号传输线，于是工作者设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件都可以挂接在总线上。淮北师范大学2014届学士毕业论文基于CAN总线的多点温度采集-4-2CAN总线技术概念2.1CAN总线的特点CAN总线与别的总线相比较，在数据传输方面具有突出的优越性其特点如下：1.多主工作模式，网络上任意节点都可以向别的节点传输数据。2.在报文标识符方面，网络节点会被分配不同的优先级，来满足不同的实时要求。3.当多个节点同时向总线发送数据出现冲突时，低优先级的节点会暂停数据的发送，高优先级的节点能够继续发送数据，保证了数据传输的通畅。4.CAN节点可以利用报文的标识符滤波就可实现点对点、一点对多点进行数据的收发。5.速率在5kbps以下，CAN的信息传输距离能够达到10km；速率在1Mbps时，信息传输距离能够达到40km。6.CAN上的节点数目前可达110个。在标准帧的报文标识符有11位，而在扩展帧的报文标识符个数几乎不受限制。7.报文采用短帧格式，传输时间短，抗干扰能力强，数据出错概率低。8.CRC校验总线上的每帧信息，能够很大程度上降低错误率。9.性价比高，结构简单，采用现有的单片机即可开发。淮北师范大学2014届学士毕业论文基于CAN总线的多点温度采集-5-3硬件系统的设计系统硬件的设计原理：利用传感器DS18B20作为测温元件，使用CAN总线设计一种多节点温度采集系统。该系统可靠性好、结构简洁、成本低廉等优点，其在使用领域可取代以往测温系统的不足。硬件电路由51单片机、CAN控制器、CAN收发器、温度传感器DS18B20、复位电路以及晶振电路组成。其中单片机STC89C52RC