基于CAN总线技术的温度传感器设计与研发

基于CAN总线技术的温度传感器设计与研发【摘要】本文对can总线技术及温度传感器的原理及特性做了深入的研究，并结合这两种先进工业技术设计了一套温度控制系统，设计实验并验证了该系统的优越性及可行性。

【关键词】 can总线智能温度传感器

1 引言

当今，国内温度测控系统主要存在系统响应时间过长、实时性较差、测控精度较低且易受环境因素影响等不足。

温度传感器是指能够感受到被测对象的温度，并将其转化为可用的输出信号的一种传感器。温度传感器是温度测量系统的核心部分，由于温度测量在生活中的普遍应用，温度传感器的使用数量在各种传感器的应用中占据首位，约占总体数量的50%左右。温度传感器随温度而引起的物理参数变化有以下几种：膨胀系数、电容值、电阻值、电动势能、磁性能、频率、光学特性及热噪声等。

can是控制器局域网络（controller area network，can）的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国bosch公司开发了的，并最终成为国际标准（iso11898）。can总线技术进入我国以来，在经历了引进、使用阶段后，自2000年以来，国内许多相关厂商对该总线技术进行了不懈的研究与开发，取得了一定的成果，目前，国内can总线技术已经在汽车控制、数控机床、医疗器械和楼宇自动化等众多领域得到了应用，是受到广泛关注的总线技术之一。将can总线技术同温度传感器技术相结合，可以使温度传感器的可靠

性，安全性和高精度性等方向得到更大的提升。

2 温度传感器系统的设计

本课题的研究目的是设计多个基于can总线的温度测量系统建立，以便构成多点温度测量网络系统，主要的核心问题是对环境温度参数的采集、计算和反馈以及各个can节点整体和相互间数据的传递。由于系统中使用了温度传感器，而且还要实现各节点远距离通信，因此对核心控制系统的选择就有了特殊的要求。对本项目来说，考虑到硬件电路的设计简单可靠，成本上也必须有所兼顾。

在这样的前提下，选用美国atmel公司生产的at89s51单片机不失为一个性价比较好的选择。本文将给出一种用at89s51与独立can总线控制器sja1000组成的总线智能节点的设计方案。温度测控电路由以下四部分组成：

2.1 温度传感器ad590

ad590是一种新型的两端式恒流器件。ad590具有标准化的输出，固有的线性关系，因而易于使用。测量电路不需要电桥，不需低电平测量设备和线性化电路，因为ad590输出的是电流又易于远距离传送，不会因线路压降或感应噪声电压产生大的温差。又因它是高阻抗电流源，对激励电压也是不太敏感的。

2.2 微控制器at89s51

由于控制器同sja1000通讯需要使用ad7到ad0这8位地址和数据总线来进行数据的传输，at89s51的端口可以满足这个要求。at89s51的工作电压值为2.5到5v，它的功耗电流在2.7到7ma之

间，且根据不同的工作模式，其cpu根据外部中断而唤醒的时间只需要11us，因此，该单片机具有在低功耗模式下快速响应的特点。另外，at89s51是8051单片机的更新版本，比传统的8051中内核的单片机速率提升了8到12倍，其内部集成了8通道、10位的高精度a/d数模转换模块，串口和spi接口以及片内看门狗等。

2.3 独立can总线控制器sja1000

sja1000温度控制器是飞利浦公司早期生产的can总线控制器pca-82c200的升级产品，这款温控器的功能强大，且具有以下几个特点：（1）pca82c200的引脚兼容性高，并可以支持basic-can的工作方式；（2）带有可扩展的接收缓存器，大小为64个字节，采用fifo先进先出结构；（3）可以和can（2.0）总线兼容，颗同时支持29/11位识别码；（4）传输速率可以达到1mbit/s；（5）可以支持peli-can模式和其扩展功能；（6）能够对输出控制器进行编程，其配置可以设置不同的输出模式；（7）温度适应性增强（-50℃到+115℃）。

2.4 can总线收发器pca82c250

工作特点是：（1）传输波特率可以达到1mbps；（2）带有低电流状态下的待机模式，且未上电的节点对总线无影响；（3）内部带有斜率控制电路，可以降低射频的干扰；（4）带有宽工模范围，抗电磁干扰能力强。

设计的温度测量智能节点设计方案为：现场数据量的采集以

chr-0型单片机at89s51为核心处理器，外接集成温度传感器

ad590，进行温度的测量，以pca82c250作为收发器采集现场智能节电处的温度信号，通过can总线控制器sja1000将数据发送到can 总线上。

3 实验设计

根据该温度测控电路，设计了恒温箱温控理论实验，即：

（1）传感器初始化：ad590置于碎冰渣的容器中，使温度归为0℃，用水银温度计来确定并进行测量；并调节输出电压为零。（2）将ad590放入预设为68℃恒温箱中，观察温度变化，在系统稳定后进行实时温度采集。计划每5秒进行一次数据采集，共采集100次。（3）通信口连接labview软件，反馈温度曲线及示数。

4 实验结论

实时测量温度的labview显示界面，其中，反馈的温度测量数值设定为测量时间为5秒一次，测试全过程一共测量80次。实验过程的最后一次测量的温度值为66.8℃。通过观察实验结果，最终确定和预期效果完全一致，达到了实验的目的，并验证了该系统的可行性及优化性。

参考文献：

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