基于CAN总线的温度监测系统

摘要控制器局部网(CAN—C0NTROLLER AREA NET的RK)是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。

其总线规范已成为国际标准，被公认为几种最有前途的总线之一。

本文综述了CAN总线产生和发过程，概括了CAN总线优于其它现场总线的特点，结合生产中温度监控的实际需求，提出了将CAN总线应用于生产实践的设想。

给出了基于CAN总线的温度监控系统的设计方案，设计了一种基于CAN总线的智能楼宇温度测控系统。

以STC89C52RD单片机为核心，利用CAN总线技术和数字温度传感器DS18B20，组建了智能楼宇温度测控系统的节点及网络架构，给出了系统总体结构和关键的软件流程。

测试结果表明，房间温度控制能满足设计要求，具有结构简洁、节能、实时性好及可靠性高等优点。

关键词：现场总线，温度传感器，节点，网络架构IA CAN network based temperature monitoringsystemABSTRACTController area network (CAN-C0NTROLLER AREA NET's RK) is a BOSCH company is the leading modern automotive applications, launched a multi-host the local network, because of its superior performance has been widely used in industrial automation, variety of control equipment, transport, medical equipment and construction, environmental control and many other sectors. The bus specification has become the international standard, recognized as some of the most promising of the bus. This paper reviews the production and development process of CAN bus, CAN bus, summarizes the characteristics superior to other field bus, temperature monitoring with the production of the actual demand, put forward a CAN bus used in the production practice of the idea. CAN bus is presented based on temperature monitoring system design, design of a CAN bus based temperature measurement and control system of intelligent buildings. The STC89C52RD microcontroller as the core, the use of CAN bus technology and the digital temperature sensor DS18B20, set up a temperature measurement and control system intelligent building node and network architecture, gives the overall system architecture and key software processes. The results show that the room temperature control to meet the design requirements, with a simple structure, energy, real good, and reliability.Keywords: field bus, temperature sensors, nodes, network architectureII目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)第2章现场总线CAN原理概述 (2)2.1 CAN总线产生和发展 (3)2.2 CAN总线的概述 (4)2.3 CAN总线的特点 (4)2.4 CAN总线组织的基本规则 (6)第3章温度监控系统的总体设计方案 (8)3.1 系统要求 (8)3.1.1 系统功能要求 (8)3.2 系统总体设计方案 (8)3.3 关键器件的选择 (9)3.3.1 SJA1000芯片简介 (10)3.3.1.1 SJA1000芯片特性 (10)3.3.1.2 SJA1000内部结构 (10)3.3.2 AT89C52单片机简介 (12)3.3.3 CAN总线收发器82C250芯片简介 (13)3.3.4 6N137光电耦合器 (14)第4章系统的硬件设计 (16)4.1 CAN通信电路设计 (16)4.2 智能温度节点设计 (18)4.3 外围电路硬件设计 (19)4.3.1 数字温度传感器DS18B20 (19)4.3.1.1 DS18B20的特点 (19)4.3.1.2 DS18B20使用注意事项 (20)第5章系统的软件设计 (21)5.1 系统的软件设计 (21)5.2 上位机的软件设计 (21)5.2.1 CAN信息的接收 (22)III5.3 下位机的软件设计 (23)5.3.1 温度测控软件设计 (23)5.3.2 调温设备控制软件设计 (24)5.4 CAN的初始化程序设计 (24)5.5 数字温度传感器的软件设计 (25)结论 (27)参考文献 (28)致谢 (30)IV第1章绪论近年来，现场总线以其全开放、全分散、全数字化，集计算机、通信、控制技术于一体而已成为当今自动化领域技术发展的热点，在各种工业生产过程中得到了越来越广泛的应用。

它能对工业生产过程中的各个参数进行测量、信号转换、控制和显示，把多个测量控制仪表或计算机作为网络节点，并通过双绞线、通讯电缆等传输媒介进行信息的高速双向传输，构成一个全数字化、全开放、多点测试和可靠通信的智能化工业控制网络。

CAN总线作为有效支持分布式控制的多主串行现场总线之一，以其检错能力强、通讯硬件接口简单、通讯介质选择灵活、可靠性高、实时性强、价格低等特点而被受现场设备互连的青睐，广泛应用于汽车自动化、楼宇自控、工业控制等领域。

针对工业现场被控对象地域分布广、实时性、快速性要求较高的需求，为提高多点温度控制系统的效率、性能和智能化水平，因此，提出了基于CAN总线的一种结构简单、可靠性高、实时性好的分布式温度检测系统设计。

本文应用CAN总线技术和单总线数字温度传感器DS18B20，设计了智能楼宇温度测控系统。

1第2章现场总线CAN原理概述现场总线是应用于工业自动化最底层的一种总线型拓扑的网络。

它实现现场仪表或现场设备的互连，是现场通信网络与控制系统的集成。

早期的自动控制系统是基于模拟信号和一对一的物理连接。

模拟信号不仅精度低，而且抗干扰能力差：一对一结构造成了系统接线复杂、工程周期长、安装和维护费用高且困难：随着微处理器技术、通信技术和集成电路技术的发展，自动控制系统逐渐地采用了数字化的现场仪表和现场设备。

同时，数字设备的成本也越来越低。

因此，就对现场仪表和现场设备的互连方式提出了更高的要求。

现场总线就在这种内外因素的作用下应运而生。

现场总线是一种实现和维护成本低廉而又能经受工业现场环境的通信系统。

从20世纪80年代中期至今的短短20多年中，现场总线经历了概念提出、标准制定和软硬件产品的研制，已经出现了好几种现场总线技术走向成熟并且得到了推广和广泛地应用。

下面是几种具有代表性现场总线：1．基金会现场总线(FF)1994年，由ISPF和World FIP北美分会联合成立了现场总线基金会。

该基金会集众家之长，致力于开发出国际上统一的现场总线协议，即基金会现场总线(Foundation Field bus，缩写FF)。

该总线主要用于过程自动化。

2．PROFIBUS1986年，德国开始制定PROFIBUS标准。

1990年完成了PROFIBUS-F湖S和PROFIBUS-DP协议的制定工作，1994年又制定了用于过程自动化的PROFIBUS-PA通信协议，可实现总线供电与本质安全防爆。

3．Lon WorksLon Works 是由美国Echelon公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。

Lon Works技术采用的Lon Talk协议被封装在称之为Neuron 的神经元芯片中得以实现。

该总线主要用于智能和家庭自动化。

4．HARTHART是Highway Addressable Remote Transducer的缩写。

是由Rosemount公司开发并得到80多家著名仪表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金会。

它是一种模2拟信号与数字信号混合的通信协议。

能利用总线供电，可满足本质安全防爆要求，并可组成由手持编程器与管理系统主机作为设备的双主设备系统。

此外还有本文所要研究和应用的CAN(Control Area Network)总线。

在本次课题设计中，我们对CAN总线协议进行了深入的学习和研究，并且设计了一个验证性的实验系统，即基于CAN总线的温度监控系统。

2.1 CAN总线产生和发展控制器局部网(CAN—CONTROLLER AREA NETWORK)是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能，现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。

随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。

由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。

分布式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。

这类系统是以微型机为核心，将5c技术--COMPUTER(计算机技术)、CONTROL(自动控制技术)、COMMUNICATION(通信技术)、CRT(显示技术)和CHANGE(转换技术)紧密结合的产物。