基于CAN總線多點溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計

趙 亮

（陜西理工學(xué)院機械工程學(xué)院，陜西 漢中 723003）

0 引 言

CAN總線技術(shù)具有通信速度快、誤碼率低、開發(fā)設(shè)計簡單及網(wǎng)絡(luò)使用維護方便等特點，是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化現(xiàn)場測量與控制技術(shù)的一個發(fā)展方向。在魔芋烘干的過程中，振動流化床內(nèi)的溫度對魔芋烘干的質(zhì)量影響很大，為了對魔芋在烘干的過程中流化床內(nèi)的溫度值進行實時的檢測，采用了CAN總線技術(shù)，實現(xiàn)多點溫度的檢測，用LabWindows/CVI軟件，開發(fā)了可以對檢測的溫度值進行實時顯示和保存的交互界面。

1 檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計

檢測系統(tǒng)總體設(shè)計，如圖1所示，每6個溫度點為一個檢測單元，可以對24個點進行溫度檢測。在檢測電路板和工控設(shè)備之間選擇CAN總線的通信方式，本檢測系統(tǒng)選用NI公司的Lab Windows/CVI軟件進行上位機界面的開發(fā)，能夠?qū)Σ杉瘻囟戎颠M行保存，并且能看溫度的變化曲線[1，2]。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計

溫度檢測的過程為：先每個溫度檢測模塊實時檢測每個單元的溫度值，通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)到工控設(shè)備，然后在工控設(shè)備上進行溫度值的顯示，根據(jù)用戶的要求進行數(shù)據(jù)的保存和溫度曲線的顯示。

2 檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 微處理器的選擇

微處理器選用Silicon Lab公司生產(chǎn)的C8051F041單片機，C8051F041處理器是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU，具有高速、流水結(jié)構(gòu)8051兼容的CIP-51內(nèi)核。12位8通道ADC，并且片內(nèi)集成了一個CAN2.0控制器，可以方便組建CAN總線網(wǎng)絡(luò)；MCU內(nèi)部有JTAG接口和調(diào)試電路，可以通過JTAG接口使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進行非侵入式、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。

2.2 測溫電路的設(shè)計

溫度傳感器選用熱電阻PT100，PT100是一種穩(wěn)定性和線性比較好的鉑絲熱電阻傳感器，可以工作在-200~600°C之間，而生產(chǎn)線流化床內(nèi)的溫度是80~120°C的范圍。在用熱電阻PT100進行溫度測量時，用溫度變送器將溫度信號轉(zhuǎn)變成4~20 mA的電流信號，經(jīng)調(diào)理電路到處理器C8051F041的A/D轉(zhuǎn)換的輸入端，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以方便計算機的處理。其電路圖，如圖2所示。

圖2 溫度檢測電路

2.3 通信電路的設(shè)計

C8051F041微處理器具有CAN控制器，用CAN協(xié)議進行串行通信，CAN控制器符合Bosch規(guī)范2.0A。CAN控制器包含一個CAN核、消息RAM、消息處理狀態(tài)機和控制寄存器。CAN是一個協(xié)議控制器，不提供物理層驅(qū)動器。在本系統(tǒng)選用PCA82C250作為CAN通信的收發(fā)器，其電路圖，如圖3所示[3]。

圖3 通信電路

3 檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計

按照前面硬件電路的設(shè)計，實現(xiàn)對溫度的采集、處理和顯示等功能，軟件設(shè)計可分為上位機程序的設(shè)計和下位機程序的設(shè)計。上位機程序主要完成溫度值的顯示、保存和曲線的顯示等功能；下位機程序完成對溫度的采集的功能。

3.1 上位機程序的設(shè)計

選用NI公司的Lab Windows/CVI交互式C語言開發(fā)平臺，該平臺將C語言與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測控專業(yè)工具有機地結(jié)合起來，開發(fā)程序效率較高、可靠性好；軟件帶有豐富的數(shù)字信號處理庫函數(shù)，界面設(shè)計方便靈活，能夠滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。對整個系統(tǒng)的軟件進行模塊化設(shè)計，將功能劃分為系統(tǒng)的初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)值的保存和結(jié)果的顯示等部分。其界面如圖4所示。

圖4 上位機界面

上位機操作界面可以對采集的24點的溫度值進行實時的顯示，且具有保存功能，保存路徑為軟件的安裝位置，可以定時自動保存和也可以單次保存，方便了操作者觀察歷史溫度值。另外還具有對溫度值進行實時曲線顯示，觀察溫度的變化情況。

3.2 下位機程序的設(shè)計

1）溫度檢測程序。C8051F041單片機的ADC0子系統(tǒng)包括可編程模擬多路選擇器、可編程增益放大器和逐次逼近寄存器型ADC，集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器。通過設(shè)置特殊功能寄存器來來選擇輸入通道、基準電壓、放大倍數(shù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式[3]。其溫度檢測程序流程圖，如圖5所示。

2）通信程序設(shè)計。CAN通信程序包括初始化程序、發(fā)送程序和接受程序，初始化程序主要對消息對象進行初始化、CAN控制寄存器初始化、位定時寄存器的初始化以及發(fā)送對象和接收對象的初始化[4]。

4 結(jié)束語

采用CAN總線技術(shù)，提高了檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。用Lab Win?dows/CVI軟件開發(fā)平臺，開發(fā)了上位機操作界面，具有可以對24點溫度進行采集和實時顯示的功能，且界面的交互性比較友好。

圖5 溫度檢測程序流程圖

[1] 劉春華,高繼森.基于組態(tài)軟件與單片機的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計[J].宜春學(xué)院學(xué)報，2008，30（4）:51-52.

[2] 郝迎吉,馬德平.一種基于單片機的組態(tài)王溫度監(jiān)控系統(tǒng)[J].西安科技大學(xué)學(xué)報,2005,25(2):201-203.

[3] 田奕,劉秀紅.基于C8051F040的CAN總線通訊系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006（15）:29-31.

[4] 熊善清.基單片機C8051F040的CAN通訊程序設(shè)計[J].通信電源技術(shù)，2005,22(4):36-38.