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一種基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng)設計論文
摘要:
根據(jù)溫度控制系統(tǒng)的需要,本文設計了一種基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng),該系統(tǒng)觀測節(jié)點采用80C552單片機作為主控制器,控制并處理采集到的溫度數(shù)據(jù),并通過CAN控制器SJA1000將數(shù)據(jù)送至上位機。該系統(tǒng)結構簡單、可靠性高,便于擴展及維護。
關鍵詞:CAN總線80C552SJA1000溫度控制系統(tǒng)
溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一,隨著微機和電子技術的飛速發(fā)展,微機測控技術在溫度測量與控制中廣泛使用,該控制簡單方便,測量精度高,測量范圍廣。
由于CAN總線廣泛應用于從高速網(wǎng)絡到低成本的多線路網(wǎng)絡,實現(xiàn)控制系統(tǒng)中的各檢測和執(zhí)行機構之間的數(shù)據(jù)通信。所以本文設計了一種基于CAN總線的溫度測量和控制裝置,能夠對加熱爐中的溫度進行測量,并根據(jù)溫度設定值給出的調節(jié)量,驅動控制電路,對爐溫進行控制。
1、系統(tǒng)總體結構。
基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng)總體結構如圖1所示。在該系統(tǒng)中,被控對象是加熱爐,被控參數(shù)是加熱爐內的爐溫,該系統(tǒng)主要由上位機和各個CAN總線智能測控節(jié)點組成,上位機主要采用傳統(tǒng)的PC機,并通過CAN總線智能適配卡PCCAN與分布在CAN總線上的各個智能測控節(jié)點進行通信,并接受下位機采集的數(shù)據(jù),下位機主要是采集各個測控節(jié)點觀測加熱爐內的溫度參數(shù)。
2、CAN總線智能測控節(jié)點硬件結構。
下位機的CAN總線智能觀測節(jié)點在系統(tǒng)中主要作用是對現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)進行采集和控制以及與CAN總線進行通信。
下位機CAN智能觀測節(jié)點采用Philips公司生產的80C51系列單片機80C552作為主控制器,該控制器以80C51為內核,指令系統(tǒng)與MCS—51系列單片機完全兼容。使用80C552控制器進行設計,可以簡化硬件裝置,從而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性顯著提高。通信接口部分采用Philips公司生產的CAN通信控制器SJA1000和CAN總線驅動器PCA82C250,實現(xiàn)與CAN總線的數(shù)據(jù)通信。
3、CAN通信接口硬件電路設計。
CAN總線控制器SJA1000由微控制器80C552通過P0口的8位地址數(shù)據(jù)復用總線和讀寫控制信號進行控制。SJA1000的中斷請求信號INT接80C552的外部中斷輸入INT0,CAN總線控制器可以通過中斷方式與微控制器進行數(shù)據(jù)傳輸。
SJA1000的片選信號CS由微控制器80C552的P2。1提供,在訪問SJA1000時,只要P2。1引腳輸出低電平即可。SJA1000的Tx0和Rx0與82C250的TxD和RxD相連,82C250的CANH和CANL引腳各自提供一個5Ω電阻與CAN總線相連,起限流電阻作用,保護82C250免受過流沖擊。另外兩根CAN總線輸入端和地之間分別接一個防雷二極管,CAN總線兩端接有120Ω電阻,起匹配總線阻抗,提高數(shù)據(jù)通信的抗干擾性和可靠性。
4、系統(tǒng)軟件設計。
系統(tǒng)軟件設計包括智能測控節(jié)點軟件設計和測控節(jié)點與上位機通信設計兩部分。
。1)智能測控節(jié)點的軟件設計。
測控節(jié)點軟件設計包括三大部分:80C552單片機與CAN總線初始化、溫度數(shù)據(jù)采集與處理及數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。設計中采用模塊化設計思路。
80C552單片機初始化包括I/O口初始化、A/D轉換初始化和為傳感器接口分配合適的存儲單元,SJA1000初始化包括主要是設置CAN的通信參數(shù):波特率、發(fā)送通道、接收通道、標識符碼等信息。
初始化結束之后,80C552單片機開始啟動數(shù)據(jù)采集通道,調用A/D轉換子程序及數(shù)據(jù)采集與處理子程序,數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后單片機將數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)存儲區(qū),同時送往LCD進行顯示,當單片機接收到上位機要求發(fā)送數(shù)據(jù)請求時,啟動發(fā)送子程序,將數(shù)據(jù)傳送至上位機。
。2)上位機與智能測控節(jié)點的通信設計。
上位機與80C552單片機之間的通信設計主要有:通信協(xié)議的設定、SJA1000初始化及報文的發(fā)送與接收,SJA1000初始化已經(jīng)在80C552單片機初始化階段完成,根據(jù)所設計的溫度控制系統(tǒng)需要,報文格式采用標準幀格式。
發(fā)送子程序過程如下:發(fā)送子程序將數(shù)據(jù)存儲區(qū)待發(fā)送的數(shù)據(jù)取出,加上標識符等信息,組成信息幀,待發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)清空后,將信息幀發(fā)送至SJA1000的發(fā)送緩沖區(qū)。在接收到上位機發(fā)送的控制命令后,啟動發(fā)送子程序,將信息數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
相反,接收過程如下:信息從CAN總線送至SJA1000的接收緩沖區(qū),接收程序從接收緩沖區(qū)讀取信息,并將其存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū),接收方式采用中斷接收。
5、結語。
本文主要介紹了一種基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng),重點介紹了系統(tǒng)總體設計方案及CAN總線通信系統(tǒng),采集的溫度數(shù)據(jù)通過CAN總線傳送至上位機,方便后期的數(shù)據(jù)分析,上位機通過軟件查詢方式,可以實現(xiàn)CAN總線接口的即插即用,使多個溫度測控節(jié)點構成一個完整的控制系統(tǒng),降低了成本,同時方便于后期性能的擴展和系統(tǒng)維護。
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