采用现场总线技术设计温度测控系统

1、采用现场总线技术设计温度测控采用现场总线技术设计温度测控系统系统现场总线技术概述现场总线技术概述现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。CAN总线总线CAN 是Controller Area Network 的缩

2、写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、

3、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN总线总线设计温度测控系统所针对对象设计温度测控系统所针对对象 在工业系统中，润滑油系统为大型设备的转轴轴承提供润滑油，是保证设备安全运行的重要条件。润滑油温度需保持在20C到60C之间，控制值为35C左右，在润滑过程中油温会升高，需要在供油管上增加冷油器来冷却油温。通过调节阀调节冷却水流量，使油温能保持在最佳值附近。本文介绍一种采用分布式结构的自动温度测控系统，该系统的温度测控模块不仅可以按照设定独立的进行温度测控，

4、而且能够将分布在不同地点的温度测控模块通过CAN现场总线连接起来，接入PC机进行集中监控和管理。总述总述本系统采用CAN现场总线进行通讯，由于一条CAN总线上的节点个数理论上是不受限制的，实际应用则取决于总线驱动电路，目前最高达到110个。所以，基于CAN的分布测控系统适合各种规模的应用场合，由于CAN现场总线采用非破坏总线仲裁技术，大大节约了总线冲突的仲裁时间，尤其是在网络负载很重的情况下，也能稳定通讯，不会出现网络瘫痪，从而提高整个系统的稳定性。同时，由于CAN总线的系统灵活，其节点可以在不要求现存节点及其应用层改变仁和软件或硬件的情况下，接入CAN网络，大大提高了系统的可扩充能力。系统结

5、构与工作原理系统结构与工作原理分布式温度测控系统由温度测控模块，隔离CAN中继器，计算机，打印机，CAN通讯卡等组成，其结构如图所示：温度测控模块是系统构成的基础与关键，它直接与温度采集及控制执行机构相连接，实现对温度的检测与控制，如温度超限（上限，下限）报警、加热、冷却等。虽然该模块是系统的一个组成部分，但它也可以独立工作，即在系统其它部分停止工作的情况下，自动温度测控模块仍然可以独立控制执行机构来实现基本的温度测控功能，提高了系统工作的可靠性。同时由于系统降低了对上位计算机可靠性的要求，因此上位机可以采用普通的PC机来代替工业控制计算机，降低了系统的成本。各个温度测控模块与上位计算机之间通

6、过CAN现场总线通讯。与其他网络不同，在CAN总线的通讯协议中，没有节点地址的概念，也没有任何与节点地址相关的信息存在，它支持的是基于数据的工作方式。即：CAN总线面向的是数据而不是节点；因此加入或撤销节点设备都不会影响网络的工作，这样的结构十分适用于控制系统要求快速、可靠、简明的特点。同时，CAN总线的直接通讯距离最远可达到10km，通过CAN中继器可以是通讯的距离进一步延长。系统工作时，首先上位机将各温度测量点的温度设定值及极限温度设定值通过CAN总线发送给相应的温度测量模块，下位 的 温 度 测 量 模 块 将 接 收 到 的 各 设 定 值 进 行 保 存 在EEPROM，这样在不更新

7、设备的情况下，控制模块可以脱离上位机而独立工作，控制模块的启停等操作可以通过现场的操作面板进行控制，也可以在上位计算机上进行远程控制。系统中的上位计算机主要完成人机对话和系统管理功能，如各温度测量点的温度及其上下限的设定，对采集的温度进行数据库管理，实现温度的查询和打印等，同时对温度测量点的加热和冷却进行手动实时控制。自动温度测控模块的设计自动温度测控模块的设计温度测控模块采用PIC185F458单片机控制，由电源电路，复位电路，看门狗电路，CAN接口电路，信号调理电路，多路选择电路，继电器输出电路等组成，由于PIC185F458单片机内部包含11位的A/D转换器，所以电路省去了A/D转换电路

8、，如图所示：自动温度测控模块的典型CAN通讯接口电路如图所示：MCP2551是一款ISO11898兼容的高速CAN收发器，其标准引脚与功能使其可用于已有高速CAN收发器的应用中，同时提供改进的性能，如更宽的瞬变电压与短路电压范围，以及更短的传播延迟。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，PIC185F458的CANTX和CANRX并不是直接与MCP2551的TXD和RXD相连，而是通过高速光耦6N137后与MCP2551相连，这样就很好的实现了总线上和CAN节点间的电气隔离。光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD必须完全隔离，否则采用光耦也就失去了意义。电源的隔离可采用小功率隔离电源模块或带

9、多5V隔离输出的开关电源模块。CAN通信应用层协议通信应用层协议应用层协议是CAN网络应用的关键，因此该系统中，我们在上位PC机与前端温度测控模块之间的通信中，制定了切实可行的用户层通信协议。 系统通信报文采用扩展帧格式，通信协议采用“ID+辅助标识码+命令+数据”的形式，其中ID为网络节点标识符，采用ID.0-ID.12（共13位）。标识符ID.14-ID.20（共8位）作为辅助标识码，当数据是多帧报文时，被用作数据索引号；当对开关量的执行机构进行控制时，作为控制对象的索引号。标识符ID.21-ID.8（共8位）作为命令操作码，ID.14-ID.28不参与收滤波。系统操作命令有： （1）系统

10、巡检命令：系统启动时，上位计算机检测各自动温度测控模块的工作状态。 （2）巡检应答：对上位计算机发送的巡检命令进行应答。 （3）温度设定命令：上位计算机将用户设定的温度传送到各自动温度测控模块 （4）极限温度设定命令：上位计算机将用户设定的极限温度（上限、下限）传送到各自动温度测控模块。（5）数据请求命令：上位计算机请求自动温度测控模块将采集的温度数据上传。 （6）数据应答：自动温度测控模块将所采集的温度数据上传到计算机。 （7）开关量执行机构控制命令：加热泵、冷却泵的启停以及其他开关量输出。系统软件设计系统软件设计上位软件设计分布式自动温度测控系统的上位软件采用Visual C+语言编写而成

11、，包括用户管理、温度设置、数据查询、数据打印、报警设置、通讯测试等功能模块。为了能使用户操作简便，软件采用单窗体界面，通过按钮可以调出其他各对话框，如：用户管理对话框、温度设置及报警状态查询对话框、数据查询和打印对话框及通讯测试对话框等。 主窗口的功能是通过上位计算机与自动温度测控模块之间的数据通讯，在上位计算机上实时显示各温度测控点的温度，并可对各控制模块进行控制。为了形象、直观、灵活的表示系统的工作状态，软件中使用了动画，各仪器仪表完全仿照实物设计，数值采用数码显示，所有对话框采用了Windows XP界面。用户管理对话框可以实现用户的登录及注销、合法用户口令修改、新用户的创建，用户权限设

12、置等功能。温度设置对话框可以设置各温度测控点的温度。报警设置对话框可以设置各温度测控点的极限温度，同事实时显示各温度测控点的温度数值和当前的报警状态。数据查询和打印对话框可以实现每天和每月数据的统计和打印。通讯测试对话框用于设备调试和维护，需要专业人员操作。本设计中采用Microsoft Access数据库来对各数据进行保存和管理，在具体实现上是通过ADO数据对象与数据库进行连接的。系统软件设计系统软件设计温度测控模块软件温度测控模块软件的程序采用C18和汇编语言混合编程，包括模块管理程序、模块测控程序和通信程序3大部分，模块管理程序有键盘及显示接口程序，EEROM读写程序，时钟管理程序，报警

13、处理程序等，实现终端机测控参量的实时显示，上下限制的设定，超限报警处理功能；模块测控程序有数据采集及滤波处理程序，标度转换程序，开关量输入程序，控制输出程序等，实现温度参量的采集处理，开关量的输出控制；通讯程序实现本模块与上位计算机的远程通讯，完成远程测控和控制的功能。为了减轻网络的通信负荷，温度测量模块定时比较所采集的数据（温度），如果有变化则向上微计算机传输数据，否则，不传输数据。总结总结分布式自动温度测控系统不仅具有基本的温度测控功能，而且通过CAN总线将分布在各处的单元连接起来，可以在上位计算机上进行集中监控以及查询和统计等数据的管理，具有结构灵活、人机界面好、集控制和管理与一体等优点

14、，克服了人工方式控制经度差，劳动强度大，且集中综合管理更加困难等缺点，提高了生产效率，降低了各种损耗，管理手段实现了现代化。此系统可以应用于与其他远距离分布式控制场合。附录附录程序一（具体温度采集程序具体温度采集程序）功能：实时采集当前环境温度值，并显示于数码管上。同时，当温度高于某一值时（在这里设为功能：实时采集当前环境温度值，并显示于数码管上。同时，当温度高于某一值时（在这里设为27摄氏度，蜂鸣器便会发出报警）。而当低于该值时，蜂鸣器便自动停止报警。摄氏度，蜂鸣器便会发出报警）。而当低于该值时，蜂鸣器便自动停止报警。#include #define uchar unsigned char#

15、define uint unsigned intsbit DS=P22; uint temp; uchar flag1; sbit dula=P26;sbit wela=P27; sbit beep=P23;unsigned char code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71;unsigned char code table1=0 xbf,0 x86,0 xdb,0 xcf,0 xe6,0 xed,0 xfd,0 x87,0

16、 xff,0 xef;void delay(uint count) /延时 uint i; while(count) i=200; while(i0) i-; count-; void dsreset(void) /发送复位和初始化命令 uint i; DS=0; i=103; while(i0)i-; DS=1; i=4; while(i0)i-;bit tmpreadbit(void) /读一位 uint i; bit dat; DS=0;i+; DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8;while(i0)i-; return (dat);uchar tmpread(void) /读

17、一个字节数据 uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tmpreadbit(); dat=(j1); return(dat);void tmpwritebyte(uchar dat) /向DS18B20里写一位 uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j1; if(testb) /write 1 DS=0; i+;i+; DS=1; i=8;while(i0)i-; else DS=0; /write 0 i=8;while(i0)i-; DS=1; i+;i+; void tmpchange(void) /DS18B20

18、开始转换 dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0 xcc); / address all drivers on bus tmpwritebyte(0 x44); / initiates a single temperature conversionuint tmp() /获取温度值 float tt; uchar a,b;dsreset();delay(1);tmpwritebyte(0 xcc);tmpwritebyte(0 xbe);a=tmpread();b=tmpread();temp=b;temp0;a-) display(tmp(); if(temp=270) P1=0 x00; beep=0; else beep=1; P1=0 xff; 程序二程序二微分系数微分系数Td具体实现程序具体实现程序float IUX=0,Error=0,temp,Old_temp; define PID.P