基于CAN总线的温室监控系统研究

基于CAN总线的温室监控系统研究
随着计算机软硬件技术、电子技术、传感器技术的高速迅猛发展,大规模集成电路、高速数字处理芯片的广泛应用,总线技术的不断发展,现场总线的控制逐渐由集中式,迅速向分布式方向发展。

笔者在查阅大量的资料的基础上,针对下位机之间的分布式通信系统开展研究,利用DS18B20传感器实现对温室现场环境中的温度及湿度进行采集,并通过CAN总线实现上下位机的数据通讯。

一、基于CAN总线的温室监控系统的总体设计
由于温室一般具有占地面积大、被控对象多、分布范围广、与主控端通讯距离远等特点,导致温室环境监控系统需要使用大量的传感器、控制器和执行机构。

针对这些特点,本系统设计采用造价低、高速可靠的CAN总线网络,从而极大地简化了现场接线,节约成本,提高监控系统的可靠性和实用性。

本系统主要由中央监控层和现场监控层两大部分组成。

中央监控层从功能上主要完成对整个网络监控系统运行的监控、数据的处理、管理决策的制定以及办公自动化。

现场监控层主要利用传感器完成对室内温度等环境参数的检测、收集,将检测采集到的数据通过CAN总线,送到中央监控层中进行存储;并对通风、采暖加温、降温等各种执行机构加以控制。

系统构成框图如下图1所示:
二、监控主机以及监控子系统结构设计
为了保证系统的可靠稳定,系统采用模块化设计方案,以利于各项功能的扩展,笔者将监控主机以及监控子系统结构设计如下图所示。

主控CPU模块(微控制器)主要负责根据数据采集模块收集的各种信息进行相应地处理。

在监控子系统中,将相关信息通过CAN接口模块经CAN总线传送到监控主机;监控主机则接受并处理子系统传送的数据信息,同时利用主控CPU 的数字开关量输入接口传送到数据显示模块。

三、基于CAN的温室监控系统的基本功能
在设计温室环境监控系统时,应全面考虑实际需求,特别是环境参量的实际需求。

笔者通过对本课题拟实现功能的全面考察和设计目标,设计出基于CAN总线温室网络监控系统具备如下功能:
1、数据收发功能,实现CAN总线上不同节点间信息顺畅传送。

2、数据测量功能,包括开关量、模拟量的采样测量输入;并能根据实际系统要求灵活地增减路数。

3、执行功能,包括开关量、模拟量的输出,并能根据实际系统要求灵活地增减路数。

4、时钟控制功能,节点可利用时钟因子进行有效控制,也称为定时功能。

5、数据永久保持能力,即使节点因故障重启后,仍能在读取保存数据后恢复正常运行。

6、显示节点当前工作状态功能,实时显示采样输入的数据(即采集情况),及执行输出值情况(即执行情况)。

四、小结
本文结合通讯技术、传感器技术及单片机技术,研究了CAN总线在温室监控系统中的应用,并采用PIC18F4580单片机作为系统的主控制器,设计出低成本、高可靠性的简易温室监控系统,简化了系统的硬件和软件设计。