CAN总线的温度采集系统的方案毕业论文

1、基于can总线的温度采集系统的设计摘要目前，计算机技术得到空前的发展，尤其是在微处理芯片方面，给自动控制系统的 发展带来革命性的发展，由于计算机具有快速的运算能力，ii具有良好的存储能力，同 时在精度上有着重大的突破，能够满足在自动控制领域的需要，这样以来自动控制系统 能够广泛的应用于比较复杂的算法，并能够有效的对系统进行控制。本文将对can总 线进行相应的技术，并就基于can总线的温度采集系统的设计进行详细介绍，并就如 何实现对温度的采集进行相关的介绍，同时对pc机在can总线的温度采集系统屮的 应用进行相应的探讨，同吋对在can总线的温度采集系统设计中，要注意的问题以及 软硬件设计进行详细

2、的介绍，希望通过木文关于can总线的温度采集系统设计相关的 探讨，对广大的can总线的温度采集系统的设计者有一定的帮助。关键i司：can总线；温度采集；系统设计；数据采集design can bus temperature acquisition system based onabstractcurrently，computer technology has been an unprecedented development，especially in micro-processing chips, to the development of automatic control system

3、to revolutionize the development，as the computer has a fast computing power，storage capacity and good, but with the precision a major breakthrough, to meet the needs in the field of automatic control， so since automatic control system can be widely used in more complex algorithms and be able to effe

4、ctively control the system. this paper will make the appropriate can bus technology and the design can bus temperature acquisition system based on a detailed description on how to realize the collection of temperature related to the introduction, while the pc in can bus temperature acquisition syste

5、m the application of appropriate discussion of the problem at the same time temperature acquisition can bus system design，software and hardware design should pay attention to detail introduction，we hope to explore related to this article on the can bus design temperature acquisition system, the majo

6、rity of the designers can bus temperature acquisition system has some help.keywords： can bus； temperature acquisition； system design； data collection目录 iabstract错误!未定义书签。第1章绪论5第2章基于can总线的温度采集系统72.1基于can总线的温度采集系统的工作原理72.2基于can总线的温度采集系统8第3章基于can总线的温度采集系统设计错误!未定义书签。3.1温度传感器63. 2智能节点的设计103. 3节点测温电路的设计73

7、. 4工作及报警指示电路113.5 can总线的通讯83. 5. 1 can 控制器83.5.2 can总线驱动电路93. 6控制模块的设计133.6. 1程序总流程图133. 6.2温度的采集模块103. 6.3can通讯模块117基于can总线的温度采集系统的抗干扰设计111硬件抗干扰设计153. 7.2软件抗干扰设计12第4章基于can总线的温度采集系统的设计原则174.1硬件与软件相结合设计172可靠性设计174. 3系统的升级要具冇灵活性17组仑18参考文献错误!未定义书签。第1章绪论当今，科学技术逐渐的渗入到各行各业之中，尤其是信息技术得到了空前的发展， 给自动化控制系统带来革命性

8、转变，自动化控制系统逐渐把网络集成自动化作为系统控 制的基础，can总线也在朝着这个方向发展，can总线的温度控制系统被多个行业所 采纳，不仅在工业上有所应用，同时在交通工具、环境温度的监控以及职能家居等方面 也得到快速发展。对于can总线的温度控制系统来说，不仅能够有效地对环境与设备的温度进行实 时采集，同时还能够对和关的数据进行处理，这极大地提高了数据的采集与处理的速率， 大大降低了人力劳动，同时在can总线的温度控制系统中采用了一些高级算法，通过 相应的程序，在对数据进行处理后，根据处理的结果进行职能调控，这样以来，上位机 的工作量大大降低。对于计算机控制系统来说，它是通过把控制技术、计

9、算机信息技术以及网络通信技 术汇集起来的新兴技术。计算机控制系统包括过程控制、数据采集、显示技术、人机交 互、同一和不同网络之间通信，控制软件的编写设计等m。在如今的工农业生产、职能家 居、航空航天等领域屮，均离不开控制系统，计算机控制系统的引入，使得这些领域得 到快速的发展，不仅改变了人们的生活与工作方式，同吋还冇效地提高了产品的质量以 及改善了工作环境，此外，极大地提高人们的生活质量以及有效的提高了工农业生产的 经济效益，对实现工业现代化与农业现代化有着重要的意义。在can总线的温度控制系统中使用了微处理器，让相关的数据处理更加准确、更 加稳定可靠，并且在处理速度上也得到大幅度的提高，同时

10、使得can总线的温度控制 系统数据处理的能力也得到极人的提高，能够处理一些复杂的、时变的以及非线性的数 据。这样以来，can总线的温度控制系统便能够满足更加复杂的环境中的温度的采集、 处理以及控制|21。对丁 can(controller area network)总线来说，它是现场总线的一种，can总线在 连接方式上比较便捷，在使用过程屮更加安全可靠，它的网络通信的速度较快，且在性 价比上占冇绝对的优势，能够满足各行各业中的使用，通过相应的程序控制，能够很好 的对温度相关的数据进行收集、处理并对其进行控制。从功能上我们可以把计算机控制系统分为六个方面的控制，即现场总线控制(fcs)、数据处理

11、系统、监督控制(scc)、直接数字控制(ddc)、集散型控制(dcs)、分级控制。 在目前我们经常使用的控制方式为集散型控制(dcs)。与传统的控制系统相比可知，该 系统能够更加准确的对数据进行收集、对相关的数据处理更加安全可靠，在处理速度 上得到极大的提升，并能够更加数据处理的结果，对系统迅速做出调整，以对系统进行 控制，此外，能够更好的适应复杂的环境，且对该系统的维护较为简单。再加上微处理 器大力开发以及软件的开发技术越来越成熟，能够根据实际需要来开发相应的软件以及 微处理系统，这样增加丫系统的应用范围，能够更加适应实际的需求。本文将对can总线的温度采集系统的相关设计进行相应的详细介绍，

12、通过控制系 统的工作原理对can总线的温度采集系统设计的原则进行相应的探讨，并对对pc机 在can总线的温度采集系统中的应用进行相应的探讨，同时对在can总线的温度采集 系统设计中，要注意的问题以及软硬件设计进行详细的介绍，希望通过本文关于can 总线的温度采集系统设计相关的探讨，对广大的can总线的温度采集系统的设计者有 一定的帮助。第2章基于can总线的温度采集系统2.1基于can总线的温度采集系统的工作原理通常来说数据的采集模块与数据传输模块是数据采集系统的主要的模块，在采集数 据后，通过can总线来对这些数据进行输送。can是控制器局域网的简称，它的英文 全拼为controller a

13、rea network%通过can能够实时地对串行上的网络通信进行有效 的控制，同时还能够实现对串行通信网络进行分布式的控制。该数据收集系统采用的是 如图2.1所示的网络拓扑结构。图2.1数据收集系统的总体结构图在数据收集系统中使用can总线来对系统中每个节点进行连接，便能够获得一个 異有多个的主控制器的局域网络。对于can总线来说，它是根据iso11898相关的标准 进行组织设计的，因此，在使用过程中，挂接的节点数不得超过标淮所规定的110个， 运用can总线能够实现对数据进行多主传输，根据实际的测量需要，每个数据采集控 制器进行相应的采集工作，并不需要系统的主机对每个数据采集器进行轮巡，每

14、个数据 采集器能够在收集到数据后，自主的把所采集的数据传输给主机，这样能够奋效的提升 传送的速率，大大节省了数据流量的使用。对于can总线来说，它采用同轴电缆或者 双绞线进行数据传送，这样以来，所使用的走线比较少，方便随时改动，并且系统的扩 展性比较好，可见can总线能够满足绝大多数的数据的采集系统，并能够获得良好的 数据收集效果。使用相应的传感器对数据进行采集，然后把所收集的数据传输到空闲的can总线 上，然后事先设置好的数据的验收屏蔽码与数据的验收码的节点来对传送过来的数据进 行判断，判断这些数据是否满足需要。若该数据满足我们的选用要求，就要对其进行相 应的处理，该处理工作是由上位机来完成

15、的，通过获取总线上的数据，然后经过系统设 置好的程序来对这些数据进行必要的处理，在这些数据处理完成后，再把经过上位机处 理后的数据回传到can总线上，然后通过相应的数模转换模块或者通过其他相应的节 点来对系统做出相应的反应，以实现对系统的控制。如果上位机要对系统屮其屮一个节点进行必要的控制时，可以通过点对点的形式来 与需要进行控制的节点进行信息传送；如果上位机在实际工作中要对系统中每个节点进 行控制，可以使用广播的形式把相应的指令传送到can总线。这样以来数据的传送量 得到了有效的控制，极大的提高数据的传送的速度，便能够对系统进行实时的监测与控 制，能够有效地适用于多变的复杂的环境中的温度控制

16、。2.2基于can总线的温度采集系统pci j脒动屯路执行机构图2. 2基于can总线的温度采集系统图2.2是一个棊于can总线的温度采集系统的结构图，该温度采集系统主要采用 了计算机控制系统，并使用了 pc界面对控制端进行显示，能够有效的促进人机互动， 此外，在pc与can主线的网络之间有一个转换器，并具有相应的下位机的智能节点。在该系统中的下位机有着相应的智能节点能够实现对温度和关的数据进行收集，并 能够通过pc界面对相关的数据进行显示，同时还能够对系统进行相关的控制功能，此 外能够有效的与can总线进行数据传送。对于协议转换器来说，能够有效的对相关的 协议进行相应的转换，同吋通过协议转换

17、器把上、下位机进行连接并进行必要的信息传 送。通过pc能够对整个温度收集系统进行必要的监控，它能够很好的表现出每个节点 的温度变化曲线。同时还能够根据温度变化情况以及实际需耍的温度范围，对系统发出 相应的控制指令，运用can总线能够让pc机与系统中的每个智能节点直接进行信息 交流4。由此可见，can总线是该系统中信息交流的重要的媒介，将给该系统的数据收集、 数据处理以及自动控制提供信息的传输，系统中的每个数据每个指令都要通过can总 线进行传达。也就是说，can总线是温度采集系统的重要的组成部分，同时也是不可 缺少的部分，并且温度采集系统是建立在can总线基础上的系统。第3章基于can总线的温

18、度采集系统设计3.1温度传感器传感器的定义：传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器 件。国际电工委员会的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量 转换成可供测量的信号”。按照gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的 敏感元件”，血“传感器系统则是组合有某种信息处理（模拟或数字）能力的系统”。传感器 是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。传感器把某种形式 的能量转换成另一种形式的能量。有两类：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量 形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。无源传感器不能直接转换能量形 式，但它能控制从另一

19、输入端输入的能量或激励能，传感器承担将某个对象或过程的特 定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静 态的，也可以是动态（即过程）的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象 的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，它将对象特性或状 态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或 标75。3.2智能节点的设计在基于can总线的温度采集系统中存在着多个智能节点，系统不仅能够对这些节 点进行必要的控制，同时还能把每个节点对应的温度曲线显示出来，对于下位机来说， 它是基于can总线的温度采集系统的核心，通过下

20、位机对该控制系统的每个节点进行 相应的控制。下位机在下达指令是通过can通信模块把下位机的指令传递到协议转换 器，这个过程屮的传递必须通过can总线，通过协议转换器把下达的指令转换为pc 串口可以识别的数据类型，串口再把相关的数据传输给pc。对于pc机来说，它能够通 过mfc开发的可视化的界面对每个节点的温度进行显示，同时发送相应的控制信号， 经过和应的串口与can总线把和关的控制信号发送给下位机和应的arm的智能节点。图3. 2单个节点的工作框图3.3节点测温电路的设计图3. 3温度检测电路图3.3为该电路的功能的原理图。在棊于can总线的温度采集系统的设计过程屮, 节点的测温相关的电路设计

21、极为重要，该电路必须能够在各种环境下对其温度进行自动 测量，同时还要把相关的数据储存在相应的单片机当中。在该系统中，我们使用单片机的p1.0端口来对和应的传感器进行必要的控制，同 时对环境的温度进行采集，通过单片机把所获得的数据进行必要的数据转换处理，同时 把这些数据储存在单片机的存储器屮。3.4工作及报警指示电路在系统进行工作或者发生故障时，为了让操作人员以及维修相关人员能够直观的看 出系统的工作状态，我们需要在该系统屮设置相应的工作及报警指示电路。在图3.3屮 接单片机的p1.5-p1.7相应的引脚就装上了对应的led,这些led能够分别对系统的接 收数据、传输数据以及系统故障等状态进行显

22、示，由t该引脚输出的电流很大，超过 led灯的额定电流，所以要使用1k的电阻來对其进行限流。3.5 can总线的通讯3. 5. 1 can控制器在基于can总线的温度采集系统屮必须要有对应的控制电路，以实现对系统进行 控制，在该系统中我们使用的是sja1000这种型号的控制器，该控制器具有一定的独立 性，能够满足多种新的特征协议。使用sja1000能够一些扩展的结构以及一些标准的结 构对于的信号进行传输与接收，且具有接收屏蔽、滤波器以及接收码寄存器，能够对错 误代码进行存储l5j。同时能够进行报警并对程序进行限制，此外能够对错误计算器进行 访问与读写。对于can控制器来说，它能够把在实际的环境

23、屮所采集的数据传输到对 砬的上位机中，其传输媒介为can总线驱动器。3. 5. 2 can总线驱动电路图3. 5. 2 can总线驱动电路对于can控制器来说，它不仅要通过总线的端口，同时还要通过总线的驱动器。 在本系统中，使用at82c250作为总线与控制器之间的连接载体，能够把总线发生的变 化情况传送给控制器。在其内部有一个能够对电流进行限制的电路，能够有效的避免在 数据的传出过程屮发生短路现象。在温度高于160°c的时候，传送器的传出端的极限电 流会因为温度过高而减小，这样能够冇效的防止传送器的芯片温度过高而对系统的工作 造成影响。在总线上出现短路时，我们必须对系统进行和应的热

24、保护，在82c250中运用了双 线差分驱动，能够有效的抵抗在环境变化比较迅速的场合。82c250有着高速工作模式、 待机工作模式以及斜率控制这三种模式61。这样以来对品体管的要求比较高，要求其必 须能够迅速的进行关闭与开启，可以使用带冇屏蔽作用的电缆，这样可以冇效的降低射 频干扰作用。在一些速度比较低的场合，可以使用平行线或者非屏蔽双绞线作为系统的 总线。3.6控制模块的设计3. 6. 1程序总流程图在对总流程进行设计时，必须保证系统能够对sja1000以及主模块完成端口等根据 实际需要进行初始化，并能够对进行中断以及开放，此外，还要能够对各节点的温度进 行相应的巡检工作。图3.6.1表示该系

25、统总程序的流程图。上电）i/o 口初始化 工作led指示 定时器初始化 开辟现场温度缓存区开辟足够的空间供多个传 感器缓存温度用（空间决定 最多可接入传感器数量）into： can总线通信 inti： rs232通佶巡检1-wire总线上 ds18b20传感器温度1 .描述总线上ds18b20保证 传感器可动态上/下线 2.采样温度按其1d号对应 存放图3. 6. 1主程序流程图3.6.2温度的采集模块对于温度采集模块来说，必须能够对环境的温度通过相应的温度传感器（ds18b20） 进行采集工作，要求其要具有相应的读写操作。对于ds18b2o来说，它的通讯协议是 采用单总线的模式，因此，在使用

26、过程中，必须充分考虑到这一点。图3.6.2表示温度 釆集模块的流程图。发出脉冲检測1-w1re总线上传感器此 ds18b20wft存放id及ita度到级存图3. 6. 2温度采集模块3.6.3 can通讯模块对于can的通讯模块来说，它是用来把单片机上面的温度相关的数据经过can总 线传送到系统的上位机系统之中，以实现温度信号的发送与接收，利用中断的传送形式 进行信号的传送，利用数据查询的接收形式来对数据进行相应的接收。图3.6.3表示该 系统的中断以及初始化的通讯模块。<a)(b)图3. 6. 3 can通讯模块3.7基于gan总线的温度采集系统的抗干扰设计通常温度的采集系统在恶劣的环

27、境中进行相关的数据收集以及进行相关的处理，其 工作信号较弱容易受到附近环境中的信号干涉，所以在设计中，我们必须考虑到对系统 的抗干扰的设计，这样才能提高收集数据的准确性。下面将对抗干扰设计进行详细介绍:3.7.1硬件抗干扰设计为了提高系统的抗干扰能力，我们可以从硬件方面入手，在对微控制器时钟电路进 行和应的设计时，尽量避免使用正弦波。由于正弦波所含有的谐波的次数较低，所以我 们应使用更高次数的方波71。对于时钟振荡器来说，它是该系统中主耍的噪声源，同时 对电磁波产生很大的干扰作用。为了减小其对电磁波的干扰并减小产生的高频噪声，可 以使用高频旁路电容，在对线路板进行设计的时候，要求在每个集成电路

28、的电源、地之间安装一个对应的高频旁路电容。在对印刷电路板进行设计时，必须让其具有一定的抗干扰能力，我们要尽量把每个 功能元件进行集中布置，同吋还要把该电路板的输入与输出相关的电路设置在靠近接插 件相应的pcb边上。在对电路板进行布线时，要求电路板的两个面上面的线条必须垂 直相交，这样能够充分减小磁场的耦合。为了让导线之间的电容减小，导线之间的距离 越大越好，为了减小数据传送的阻抗作用，尽量减小导线的电阻l8j。为了让线路中的衰 减降低，同时减小噪声对地的阻抗并避免电压不稳，可以适当的加粗电源线与地线。3.7.2软件抗干扰设计设计的程序必须保证其运行顺畅，然而在实际的使用中，由于复杂的环境影响，

29、并 不能顺畅的运行，这是由于环境中某些信号能够破坏系统中的数字信号的时序，甚至对 微控制器所储存的数据进行更改，为了提高系统收集数据的准确性，必须耍避免环境对 温度采集系统的干扰。要对单片机系统的剩余程序的空间进行相应的处理，这样以来能够保证在程序受到 干扰时，进入该空间能够顺利的恢复正常的运行l9j。使用数字滤波技术，这样能够对所 收集到的数据进行过滤，以消除外界环境对收集数据的影响。第4章基于can总线的温度采集系统的设计原则4.1硬件与软件相结合设计在对基于can总线的温度采集系统进行设计时，必须要对硬件电路与软件电路设 计进行有机结合，以对系统的电路进行优化。尽量实现让硬件的功能与软件

30、的功能相互 通用，虽然在使用时，在用软件取代硬件的功能时，占用cpu以及响应的时间比较长, 然而用软件能够让硬件的结构更加简化，不仅能够让硬件电路的可靠性大大提升，同时 还能够大大降低了系统的建设成本4.2可靠性设计在对基于can总线的温度采集系统进行设计时，必须要保证系统具有一定的可靠 性与稳定性。具体体现在：相关的设计理论必须可靠，使用的电器元件必须安全可靠。 在对系统进行设计时尽量减少使用芯片，这样以来can总线的温度采集系统的没有故 障的运行时间就会增加，同时大大减少了环境对干扰地址数据总线的干扰。所以，在保 证系统正常的运行的条件下，应尽量减少使用线路以及芯片，能够有效的降低系统的能

31、 耗，电路板的空间也大大减小，同时系统的成本也得到了有效的控制uai。4.3系统的升级要具有灵活性一般温度采集系统要根据环境的变化以及采集的需要，对系统做岀相砬的调整，所 以在系统的设计阶段要充分的考虑到这一点，要确保在后期对系统进行和应的升级与扩 展比较简便，实现在进行功能升级时，并不需耍对原系统做出太大的改动。结论为了实现对环境中的温度进行实时的精确的测量，并进行数据收集、数据处理以及 控制信息的反馈，基于can总线的温度采集系统能够很好的适用于各种环境条件下的 温度采集。该系统软件程序功能比较强大，能够在某些方面取代硬件的功能，且具有一 定的灵活性，能够根据不同的需要对系统相应的功能进行升级与扩展，同时该系统数据 的采