现场总线大作业

1、南京市工程学院现场总线大作业基于课程名称CANopen总线的温度测量节点设计医院(部门、部门、中心)自动化学院专业自动化类，名数控133吴亚文开始与结束日期2016/11/4 -2016/12/1437目录一、设计工作3二、总体节目3三、硬件设计4四、软件设计6五、设计摘要8六、工具书8一、设计工作1.系统范围的节目设计，包括(1)专题分析，节目选择；(2)选择主控制器和通信控制器；(3)选择温度传感器(4)系统范围的结构块图表和每个模块功能。系统硬件设计，包括：2.1测量物件的数据采集(1)测量电路设计；(2)数据采集电路设计；2.2可以设计通信最小系统(1)主控制器最小系统电路(2)根据主

2、控制器的类型(是否集成了CAN控制器功能)设计CAN通信介面和驱动电路3.CANopen通信节点软件设计；(1)数据采集模块节目流程；(2)主要节目流程设计；(3)基本CAN通信节目流程设计和初始化计算机编程、消息接收计算机编程、消息传输计算机编程等每个功能模块子节目设计(4)应用层CANopen协议计算机编程；(5)根据CANopen对象字典部分的计算机编程、DS301和DS401配置CANopen对象字典二、总体节目CAN(ControlerAreaNetwork)的缩写，即控制器本地网络，通常称为CANbus(CAN总线)，是支持分布式控制的串行通信协议。CAN最初出现在汽车产业，20世

3、纪80年代德国Bosch为汽车监控和控制系统设计，主要解决了汽车电子控制设备之间的通信，减少了不断增加的信号线。CAN总线直接通信距离可达10公里，通信速度低于5 kbps。通信速度最高为1 Mbps，牙齿通信距离为40米。同时，CAN总线通信介质使用双绞线或光纤进行选择，灵活性强，结构简单，总线介面芯片支持8位、16位CPU。CAN总线采用短帧结构，从标准格式到短帧的字节数8个，传输时间牙齿短，干扰的概率牙齿低，再传输数据帧时间牙齿短，每个帧信息都有CRC检查及其他检查措施，可以保证极低的数据错误率。CAN总线上的节点可以在错误严重时自动终止总线功能，以避免影响总线上的其他操作。CAN总线数

4、据通信具有优异的特性和高可靠性，适用于产业过程监控设备互连，是最有希望的现场总线之一2。由于CAN总线的特性，它广泛应用于电力、航空航天、牙金、交通工具、机器人、医疗设备、环境监控、家用电器等多个领域。牙齿文档介绍了基于CAN总线的温度测量节点的设计。1系统范围的结构设计图1分布式温度测量节点块图表根据系统的设计要求，整个设计结构如图1所示。整个系统由主工作站节点和分布式温度测量节点组成。基于CAN总线的温度测量节点是分布式实时通信系统，因此可以使用主从通信。系统上的所有节点都设置为主从属节点，其馀节点为从属节点。主网站节点通过CAN总线与各个从属节点通信。我们只将一个主工作站节点设置为主监视

5、器，以点对点方式进行通信，其馀从属工作站是每个温度测量节点。每个节点都通过CAN总线、温度测量节点、作业可靠性、性能稳定性、测量准确度、安装调试方便性和成本节约等特性实现了信号数据连接。三、硬件设计CAN总线温度测量节点的主要任务是温度收集和CAN通信，如图2所示。硬件电路包含四个部分：微处理器STC89C52、总线控制器SJA1000、总线驱动器PCA82C50和传感器DS18B20。负责通信任务，如初始化微处理器SJA1000和DS18B20，通过总线控制器SJA1000接收和发送数据。图2温度测量节点硬件电路块图表2.1温度传感器DS18B20DS18B20是美国DALLAS推出的第一个

6、“一线总线”接口的温度传感器3，它允许通过单个通信端口针通信来实现多点分布式应用程序，具有低功耗、高性能、抗干扰等优点。传感器的特性为：(1)温度测量范围大，可以测量-55C到125C的温度，在-10C到85C时，准确度为正负0.5C。(2)分别以0.5C、0.25C、0.125C、0.0625C的温度准确度提供了9 -12位的测量分辩率，实现了高精度测量。(3)接口独特，只需一根信号线即可与微处理器进行双向通信。(4)测量的温度可以直接转换为串行数字信号(CPU处理)进行CPU处理，同时还发送了CRC检查代码，具有强大的抗干扰错误纠正功能。温度传感器的电路设计将微控制器针P3.5连接到传感器

7、DS18B20的DQ针，以实现微处理器和传感器的双向数据通信。同时DQ单巴士外部14.7K的全up电阻。温度传感器电路图如图3所示。2.2可以设计通信电路CAN通信电路是整个系统实现通信的关键部分，系统中的每个节点和节点控制器都通过CAN通信电路访问CAN总线网络实现信号数据传输。CAN通信电路STC89C52处理器、PHILIPS的总线控制器SJA1000、NXP的总线收发器82C250和高速光纤耦合器6N137。在CAN通信电路内，微处理器负责SJA1000初始化，每个信号通过CAN总线控制器执行通信任务，如接收和发送信号数据。此外，为了提高CAN总节点的抗干扰能力，我们更好地实现了总线上

8、CAN节点之间的传记隔离。SJA1000的TX和RX针脚连接到光电耦合器6N137，然后连接到总线收发器PCA82C250。总线收发器82C250的TXD和RXD分别连接光电耦合器6N137的输出输出和输入IN。然后通过具有差分发送和接收功能的总线终端CAN H和CAN L连接到总线电缆，完成通信传输。图3温度传感器电路四、软件设计包括温度测量节点的软件设计CAN总线初始化、传输子程序和中断接收器软件设计，以及温度传感器DS18B20的计算机编程。节点流程图如图4所示。图4温度测量节点流程图3.1 CAN初始化节目CAN初始化初始化CAN节点。为了确保通信准确可靠，必须首先为控制器SJA100

9、0执行初始化参数设置。初始化设置是SJA1000的寄存器初始化，它采用微处理器方法，包括控制寄存器配置、命令寄存器配置、状态寄存器配置、中断管理寄存器设置、总线定时寄存器配置、输出控制寄存器设置、时钟分频寄存器设置等。系统通电后，CAN初始化只能在重置模式下启动，初始化设置完成后，CAN控制器可以返回操作模式，执行正常的通信操作。CAN控制器初始化流程图如图5所示。图5 CAN控制器初始化流程图3.2可以节目通信电路CAN总线节点还必须包括传输子程序和中断接收器4才能完成通信操作。传输子程序负责每个节点消息的传输操作。要传输的数据信息以特定格式组合并发送到CAN控制器SJA1000的传输缓冲区

10、，然后可以启动SJA1000传输以完成消息传输操作。在向SJA1000发送缓冲区发送消息之前，可以通过确定是否接收数据、以前是否成功发送、是否锁定发送缓冲区等来确保数据传输的可靠性。中断接收器主要负责节点消息接收和其他中断处理。进入中断后，要判断是否有数据，防止干涉中断。3.3温度传感器计算机编程温度测量节点必须在打开电路电源后进行初始化。初始化完成后，温度测量节点的温度传感器将实时处理收集的数据信息，实时显示现场数据，并确定收集的信息是否超过正常值。发生异常时，将显示警告消息，并通过CAN通信电路通信进行通信。五、设计摘要牙齿文档主要介绍使用DS1820作为传感器温度测量的程序和SJA1000部分节目流程图。基于CAN总线温度测量节点的设计具有良好的可靠性和实时性，已广泛应用于产业现场、化工、食品生产、温室温度控制等领域。六、