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1、 南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)作 者:张光鸿学 号：0810190246学院(系):自动化专 业:电气工程及其自动化题 目:基于CAN的温度检测系统设计-检测电路硬件设计胡戍方指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 年 月毕业设计说明书（论文）中文摘要CAN总线是一种多主方式的串行通讯协议，以其高比特率、高抗电磁干扰性、高实时性，在汽车工业、航空工业和工业控制等对数据实时性要求较高的领域中得到了广泛应用。本次设计采用Cygnal 公司的c8051f040单片机作为主控芯片，基于CAN总线设计、基于DS18B20温度传感器实现对环境温湿度的实
2、时检测。设计过程主要由温度传感器DS18B20采集数据通过总线传输给单片机，单片机处理并显示。本设计测量温度的精度为0.5，测量范围-5080，系统反应时间小于1秒。总体来说，本设计的检测范围较广、稳定性和精度较高、设备简易、性价比高，很好的实现了对环境温的实时检测。关键词 CAN总线 C8051F040 DS18B20传感器 TJA1050毕业设计说明书（论文）外文摘要Title The hardware circuit Based on CAN temperature detection system AbstractCAN Bus is a multimaster way of seri
3、al communication protoco, has high bit rate, high resistance to electromagnetic interference and supports realtime control with a very high level. Therefore, CAN bus have been widely used in the automobile industry, aviation industry and industrial control fields which require high level of realtime
4、. This design uses Cygnals C8051F040microcontroller as the main control chip, based on the CAN bus design, based on the DS18B20 temperature sensor to realize the real-time environment temperature and humidity detection. The design process mainly consists of temperature sensor DS18B20data transfer th
5、rough the bus to the microcontroller, SCM processing and display. The design of temperature measuring precision of plus or minus 0.5 DEG C, measuring range -50to 80 DEG C, system response time of less than 1 second.In general, the system has wider temperature and humidity measurements scope, higher
6、stability and precision, simple equipment and higher performance-price ratio. It is very good to have realized the realtime detection for the environment.Keywords CAN bus C8051F040 DS18B20 TJA1050目 录1 引言1.1 选题背景与依据71.1.1 选题背景71.1.2 发展及现状71.1.3 选题意义81.2 系统综述91.2.1 系统工作过程91.2.2 系统总体构成92 系统原理介绍2.1 CAN总
7、线协议和工作原理112.1.1 CAN总线的特性112.1.2 CAN的报文格式112.1.3 CAN的两种存在形式122.1.4 CAN的可靠性分析122.2 传感器原理13 3 系统方案选择和电路设计3.1 各模块方案的选择163.1.1 系统微控制器的选择163.1.2 传感器的选择173.1.3 通讯模块总线的选择173.1.4 显示模块的选择183.1.5 CAN收发器的选择193.2 温度采集模块电路设计193.3 显示模块电路设计203.3.1 温度显示电路设计203.2 CAN收发器外围电路设计223.3 电源模块电路设计233.4 JTAG接口电路设计243.5 系统复位电路
8、设计253.6 系统时钟电路设计263.7 系统报警电路设计274 软件4.1 温度采集284.2 CAN通信29结论32致谢33参考文献34附录135附录236附录3371 引言控制器局域网(CAN)是Bosch公司提出的一种串行数据通信协议，它的模型结构包括物理层、数据链路层和应用层，信号传输介质是双绞线，通信速率最高1 Mbs，直接传输距离最远10 km，每条总线可挂接设备多达110个，特别适用于实时性要求很高的网络。由于通信速率高、开放性好、报文短，纠错能力和扩展能力强以及控制简单、应用成本低等优点CAN总线已被应用到众多的工业过程监控领域，是公认最有前途的现场总线之一【1】。 随着计
9、算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。这类系统是以微型机为核心，将 5C 技术-COMPUTER（计算机技术）、CONTROL（自动控制技术）、COMMUNICATION（通信技术）、CRT（显示技术）和 CHANGE（转换技术）紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面，较之分散型仪表控制系统和集中型
10、计算机控制系统都具有明显的优越性。典型的分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以及通信设备组成。现场总线（FIELDBUS）能同时满足过程控制和制造业自动化的需要，因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准，但现场总线的高性能价格比将吸引众多工业控制系统采用。同时，正由于现场总线的标准尚未统一，也使得现场总线的应用得。由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，1991 年 9 月 PHILIPS SEMICONDUCTORS 制订并发布了
11、CAN技术规范（VERSION2.0）。该技术规范包括A和B 两部分。2.0A给出了曾在CAN技术规范版本1.2 中定义的CAN报文格式，而2.0B给出了标准的和扩展的两种报文格式。此后，1993 年11 月ISO正式颁布了道路交通运载工具-数字信息交换-高速通信控制器局部网（CAN）国际标准。1 选题背景与依据1.1.1 选题背景 在80年代末CAN最初出现在汽车工业中，是由德国的Bosch公司最先提出。当时，由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电子操作的，这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线。提出CAN总线的最初动机就是为了解决现
12、代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。于是，他们设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件可以被挂接在该总线上。1993年，CAN 已成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519（低速应用）。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的比特率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经在 汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。温度检测系统的应用前景宽广，工农业生产，科学研究，生活等领域都离不开温度控制系统。比如农业上要求能够实现智能化农业生产管理得利用温度检测系统；要实
13、现养殖业的规模化与自动化，让被养殖的动物在他们适宜的温度下生长，这对养殖产业的发展和壮大起着十分重要的作用；粮食的储存也需要对温度进行严格的控制，以防止粮食的变质；在科学研究方面，温度检测系统能够保证温度的恒定或者变化，适应与科学的研究，排除或者考察温度对某项研究起到的作用。1.1.2 发展及现状CAN总线在组网和通信功能上的优点，以及它的高性价比决定了它在许多领域都有广阔的应用前景和发展潜力。大型仪器设备系统复杂，需要对多种信息进行采集、处理、控制、输出等操作。如医疗器械CT断层扫描仪，为保证其可靠工作，在数据通信上要求功能块间可随意进行数据交换、通信能以广播方式进行、简单经济的硬件接口、通
14、信线尽量少、抗干扰能力强、可靠性高并能自动进行故障识别和自动恢复。但是，这些要求长时间未能得到很好的解决，直至CAN总线技术出现才提供了一个较好的解决方法。在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境温度进行测量和控制。准确测量温度对于生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。目前，温度测量领域的新技术不断涌现，新产品也层出不穷。主要表现在以下两方面：1、温度传感器正从分立组件向集成化、智能化、系统化的方向迅速发展，为开发新一代温度测控系统创造了有利条件；2、在温度测量系统中普遍采用线性化处理、自动温度补偿等新技术。随着信息时代的到来，数字化技术的发展，传感器技术也得到
15、了显著的发展。现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。1.1.3 选题意义在以往的国内测控领域，在总线选择上，大多采用BITBUS或RS-485作为通信总线。其不足主要有：只能有一个主节点,主节点一旦出现故障就可能引起系统瘫痪；数据通信为命令响应，传输率低；错误处理能力弱。采用CAN总线技术后即可解决上述问题。CAN网络上任何一个节点均可作为主节点主动地与其它节点交换数据；CAN网络节点的信息帧可以分出优先级，这对于有实时
16、性要求的控制提供了方便；CAN的物理层及数据链路层有独特的设计技术，使其在抗干扰以及错误检测等方面的性能均大大提高。CAN的上述特点使其成为诸多工业测控领域中首选的现场总线之一。温度控制系统的应用前景宽广，广泛应用于农、林、牧、副、渔和工业生产的控制中，如各种仓库（ 冷库、保鲜库、粮库等）、各种日光温室、大棚、机房、图书馆、食品加工（酒、酱油、醋及各种发酵工艺）孵化、养殖业等需要温湿度监测和控制的场所等等，产品应用先进的单片机技术，智能程度高、数据稳定可靠，它除了可单独控制各种设备进行温度控制或报警外，还可通过扩展接口进行其他设备的实时控制和远程控制。配合计算机可组成综合环境数据监控网。数据可
17、通过总线传输到计算机进行记录或打印、遥控。温度自动化控制器与计算机连接，可实现多点远距离通讯。计算机通过系统监控软件提供温度自动化控制器和整个系统的交互功能，以及通过数据通讯线路与现场控制机的交互功能。现场数据采集部分通过各种传感器分别对各种环境因素数据进行实时、不断的自动收集。现场控制机通过传感器收集现场数据采集各种资料，由现场监控软件进行处理并进行实时控制。在系统硬件设计过程中选择合适的芯片是CAN总线控制系统设计成功的关键。它必须能适应各类复杂监控系统的要求，如实时性、低功耗、快速数据处理、集成数模外设功能、集成CAN总线接口还应该集成充足的Flash或RAM供程序、数据存储，以简化电路
18、，提高系统的可靠性。因此我最终最终选择了Silicon Laboratories的C8051F这一系列高性能8位单片机。C8051F系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC)，具有与MCS-51完全兼容的指令内核。由于采用了流水线处理技术不再区分时钟周期和机器周期，大大提高了指令执行效率，使其处理速度不逊于许多16位单片机(如DSP2407)。在低功耗的同时它还拥有着控制系统所需的丰富模拟、数字外设，大量的外设功能接口，通过交叉开关分配到64个IO引脚，这一独创性设计使得芯片集成度大大增高。此外，C8051F还采用了Flash ROM技术，集成了JTAG，实现了真正的在线编程和片上调试
19、【5】。其中C8051F040内集成了完全支持CAN20A和CAN20B的CAN控制器，独立的消息RAM可以处理32条消息对象，每个消息对象都可以进行发送和接收滤波，最高工作速率达到1Mbs，能够完成CAN总线协议数据链路层和应用层的所有功能”其中CAN总线的竞争处理、CPU接口、同步、数据的一贯性以及连续性保证，都是由硬件来解决，CPU因此得以腾出大量的精力来处理其他的用户功能。我们选用c8051f040单片机微处理器来完成这次的温度检测系统，Cygnal公司的51系列单片机C8051F040是集成在一块芯片上的混合信号系统级单片机，在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制的智能节点所
20、需要的几乎所有模拟和数字外设以及其他功能部件，代表了目前8位单片机控制系统的发展方向。芯片上有1个12位多通道ADC，2个12位DAC，2个电压比较器，1个电压基准，1个32kB的FLASH存储器，与MCS51指令集完全兼容的高速CIP51内核，峰值速度可达25MIPS，并且还有硬件实现的UART串行接口和完全支持CAN2.0A和CAN2.0B的CAN控制器。选用这个芯片不仅能够对我的大学四年的知识进行一个总结运用，而且能够紧跟时代的发展脉搏，吸取最新鲜的知识体系。并且运用C8051F040设计出来的温度控制系统有着较好的市场前景，顺应技术的发展。1.2 系统综述1.2.1 系统工作过程系统主
21、要工作过程为：首先温度传感器将采集到的数据通过总线传送给从节点控制芯片，芯片在接收到数据以后将数据进行处理、打包成为符合CAN协议的信息帧，然后使用CAN收发器将数据通过CAN总线发送给主控节点的主控制芯片。然后数据在主控芯片中被解包，提取有效信息。最后通过串口将数据传回主机显示，同时将数据送LED显示当前温湿度。1.2.2 硬件系统总体构成硬件系统由一个远程PC机、控制芯片、温度传感器和主要控制电路组成。主要控制电路包括：电源电路，JATG电路，CAN收发器电路，时钟电路，报警电路，显示电路。从温度传感器对环境温度进行实时采集，采集到的数据通过总线传给控制芯片，然后芯片对采集到的数据进行识别
22、。根据规定的不同，如果是有效数据，那么将数据打包发送到CAN总线；如果数据无效，那么继续等待有效数据。发送到CAN总线上的有效数据通过收发器被接收，然后对数据解包处理，提取有效数据。然后将提取出来的有效数据一方面通过设配卡和串口传给PC机，PC机在接收到数据后，通过上位机程序把刚接收到的有效数据显示在PC机的窗口中；另一方面有效数据通过主控芯片送LED显示模块，实现对温度的实时显示。从总体来说芯片就是数据的中转站，是非常重要的。各控制节点通过CAN总线相连，实现数据的远程通信。适配卡在接收到上位机发送的命令后，适配卡将接收到的数据通过CAN总线向受控节点以广播方式发送出去，受控节点根据命令进行
23、相应的响应。其结构如图1 图2所示。CAN通讯模块C8051F040LED显示模块串口通讯模块温湿度采集模块图1CAN总线PC机控制节点N控制节点1RS-232适配卡LED显示控制节点2图22 系统原理介绍2.1 CAN总线协议和工作原理2.1.1 CAN总线的特性1、CAN是到目前为止唯一有国际标准的现场总线。2、CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任一时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从。3、在报文标识符上，CAN上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时需要，优先级高的数据最多可在134s内得到传输。4、CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息发生冲突时
24、，优先级较低的节点会主动的退出发送，而最高优先级的节点可不受影响的继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪的情况（以太网则可能）。5、CAN节点只需要通过对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。6、CAN的直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）。7、CAN上的节点数取决于总线驱动电路，目前可达110个。在标准帧报文标识符有11位，而在扩展帧的报文标识符（29位）的个数几乎不受限制。8、报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数
25、据出错率极低。9、CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。10、CAN通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。11、CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。2.1.2 CAN的报文格式在总线中传送的报文，每帧由7部分组成。CAN协议支持两种报文格式，其唯一的不同是标识符(ID)长度不同，标准格式为11位，扩展格式为29位1。在标准格式中，报文的起始位称为帧起始(SOF)，然后是由11位标识符和远程发送请求位(RTR)组成的仲裁场。RTR位标明是数据帧还是请求帧，在请求帧中没有数据字节。控制场包括标识符扩展位(IDE)，
26、指出是标准格式还是扩展格式。它还包括一个保留位(ro)，为将来扩展使用。它的最后四个字节用来指明数据场中数据的长度(DLC)。数据场范围为0 8个字节，其后有一个检测数据错误的循环冗余检查(CRC)。应答场(ACK)包括应答位和应答分隔符。发送站发送的这两位均为隐性电平(逻辑1)，这时正确接收报文的接收站发送主控电平(逻辑0)覆盖它。用这种方法，发送站可以保证网络中至少有一个站能正确接收到报文。2.1.3 CAN的两种存在形式1、具有11位ID标识符的BasicCAN；2、带有扩展成29位ID标识符的高级形式PeliCAN。内部的验收滤波器屏蔽滤波器可通过标识符ID来接收需要的报文，屏蔽不相关
27、的报文，即只向CPU提交合适的报文。Philips、Intel、Siemens的CAN芯片均支持BasicCAN和PeliCAN。同时，PeliCAN协议允许两段长度的标识符。PeliCAN A部分使用11位报文标识符能够识别出2032个不同的标识符（保留十六位作为ID，但只有低11位有效），此部分兼容BasicCAN。PeliCAN B部分有29位能够产生536870912个不同的标识符。PART A的设备只能用标准的CAN协议发送和接收。如果在29位ID的扩展CAN系统中使用PART A的设备会发生错误并破坏网络。SIEMENS 81C90和81C91是相类似的PART A 11位ID设备
28、，但可在扩展CAN上使用而不会引起总线错误，原因很简单：因为它们忽略了扩展CAN帧而是被认为是PART B设备。PART B设备的PeliCAN可根据设定工作于其中一种模式下。数据链路层定义了报文传输的格式和定时协议这里有两种描述符都能达到8字节的数据描述符是非常重要的因为它们定义了报文的优先权以及报文传输的类型。2.1.4 CAN的可靠性分析为防止汽车在使用寿命期内由于数据交换错误而对司机造成危险，汽车的安全系统要求数据传输具有较高的安全性。如果数据传输的可靠性足够高，或者残留下来的数据错误足够低的话，这一目标不难实现。从总线系统数据的角度看，可靠性可以理解为，对传输过程产生的数据错误的识别
29、能力。残余数据错误的概率可以通过对数据传输可靠性的统计测量获得。它描述了传送数据被破坏和这种破坏不能被探测出来的概率。残余数据错误概率必须非常小，使其在系统整个寿命周期内，按平均统计时几乎检测不到。计算残余错误概率要求能够对数据错误进行分类，并且数据传输路径可由一模型描述。如果要确定CAN的残余错误概率，我们可将残留错误的概率作为具有80 90位的报文传送时位错误概率的函数，并假定这个系统中有5 10个站，并且错误率为1/1000，那么最大位错误概率为10 13数量级。例如，CAN网络的数据传输率最大为1Mbps，如果数据传输能力仅使用50%，那么对于一个工作寿命4000小时、平均报文长度为8
30、0位的系统，所传送的数据总量为91010。在系统运行寿命期内，不可检测的传输错误的统计平均小于数量级。换句话说，一个系统按每年365天，每天工作8小时，每秒错误率为0.7计算，那么按统计平均，每1000年才会发生一个不可检测的错误。2.2 传感器原理随着信息时代的到来，数字化技术的发展，传感器技术也得到了显著的发展。现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首【7，8】。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可
31、分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。按照控制信号的形式分类又可以分成数字温度传感器和模拟温度传感器两类。例如AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为330V，输出电流223A（-50）423A（+150），灵敏度为1A/。当在电路中串接采样电阻R时，R两端的电压可作为喻出电压。注意R的阻值不能取得太大，以保证AD590两端电压不低于3V。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源，最高可达20M，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的
32、控制。而SMT16030在80年代末期由荷兰代尔夫特理工大学的实验室首先开发研制成功，并由新成立的荷兰Smartec公司对其进行市场化。它采用硅工艺生产的数字式温度传感器，其采用PTAT结构，这种半导体结构具有精确的，与温度相关的良好输出特性。PTAT的输出通过占空比比较器调制成数字信号，占空比与温度的关系如下式：DC=0.32+0.0047*t，t为摄氏度。输出数字信号故与微处理器MCU兼容，通过处理器的高频采样可算出输出电压方波信号的占空比，即可得到温度。该款温度传感器因其特殊工艺，分辨率优于0.005K。测量温度范围-45到130，故广泛被用于高精度场合。第章 系统方案选择与电路设计3.
33、1 各模块方案的选择 本设计各模块的选择主要包括系统微控制器，传感器的选择，通讯模块的选择，CAN收发器模块选择，显示模块选择。3.1.1 系统微控制器的选择方案一：选择51单片机作为系统的主控芯片。51单片机是应用最为广泛的8位单片机，技术比较成熟、并且其编程简单、易开发、成本低廉、功能也较为完善，因此被广泛应用在工业自动控制领域和智能家电控制领域。方案二：选择Cygnal公司的51系列单片机C8051F040，它是集成在一块芯片上的混合信号系统级单片机，在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制的智能节点所需要的几乎所有模拟和数字外设以及其他功能部件，代表了目前8位单片机控制系统的发展
34、方向。芯片上有1个12位多通道ADC，2个12位DAC，2个电压比较器，1个电压基准，1个32kB的FLASH存储器，与MCS51指令集完全兼容的高速CIP51内核，峰值速度可达25MIPS，并且还有硬件实现的UART串行接口和完全支持CAN2.0A和CAN2.0B的CAN控制器。C8051F040是高度集成的混合信号SoC级微控制器芯片，具有与8051单片机兼容的高速CIP-51微控制器内核，除了标准8051的数字外设部件外，片内还集成了数据采集与控制系统中常用的模拟部件及其它一些数字外设部件。通过比较这两种方案，本设计最终选定C8051F040单片机作为本温度测量系统的微控制器，因为C80
35、51F040单片机系统控制器的内核采用CIP-51微控制器，它与MCS-51指令集完全兼容，可以使用标准803x/805x汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件，包括5个16位的计数器/定时器、两个全双工UART串行接口、256字节内部RAM、128字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及8个8位宽的I/O端口。同时C8051F040中除具有4个标准的8051端口P0、P1、P2、P3外，还附加了4个端口P4、P5、P6、P7。这64个多功能的I/O端口每个引脚都可以被配置为漏极开路或推挽输出方式，方便用户使用6。 另外，可通过设置交叉开关控制寄存器将片内的计
36、数器/定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其它数字信号配置在端口I/O引脚。这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用端口I/O和所需数字资源的组合。，这个芯片很适合本系统各项性能指标的要求，同时能大大的减化外围功能电路的设计，缩短开发周期，节省外围开发成本。3.1.2 传感器的选择方案一：采用独立的温度传感器。经过调查，温度传感器选用Dallas公司的可编程单线数字式温度传感器DS18B20实现环境温度采集。该传感器体积小,外形如普通三极管,其内部集成有测温传感器及逻辑控制电路。DS18B20的外围电路简单,成本低,测温精度较高,可以设定912位的分辨
37、率,精度为0.5,可以满足一般应用的要求。它还有很多优点,例如:直接输出数字信号,无需后续的信号处理及A/D转换部分;单总线是指一根信号线上可以挂连多个DS18B20,可用于多点测量【9】。方案二：LM-PT100、LM-PT1000是带LCD显示的热电阻温湿度传感器，工作于-40+85( Link-Max 温湿度传感器 主机范围，不是外接的传感器范围)工业级环境，采集温度范围为200+200，显示精度0.1；综合精度0.3。将我们的热电阻传感器与我们的RS485中继器，可将原来只能连接32个PT100、PT1000热电阻采集模块连到同一网络曾多到255个，且最大通信距离为1200m。LM-P
38、T100、LM-PT1000热电阻温湿度传感器还可以和LM-8052NET配合，组成TCP/IP的温度采集网络，可实现远程采集温度。通过对以上两个方案的对比，两个方案在精度和测量范围上都是符合本设计的标准，但是相对于LM-PT1000自带LCD显示来说，DS18B20的电源电压范围：在保证温度转换精度为+0.5oC的情况下，电源电压可为+0.3V+5.5V。精度：DS18B20在-10oC到+85oC的范围内精度为+0.5oC。分辨率：DS18B20的分辨率由9-12位数据在线编程决定【10】。并且DS18B20转换速度快，节约IO口，直接输出数字量，无须外加A/D转换电路，简单方便。并且本设
39、计自带显示电路，所以本设计选择第一方案。3.1.3 通讯模块总线的选择远程通信通常可以采用RS-232接口标准的串口通信、CAN总线通信和TCP协议通信。方案一：利用RS-232实现远程通信。RS-232标准是美国电气工业联合会(EIA)制定的利用平衡双绞线作传输线的多点通讯标准，它采用差分信号进行传输。但由于RS-232不涉及通信协议，无纠错、容错、防网络堵塞等功能，我们在设计时未采用此方案。方案二：运用TCP协议实现远程通信。TCP协议通信比较复杂，编写程序有一定的困难性。另外由于TCP本身的特性，若在网络信息量比较大的时候，网络传载信息负荷比较大时容易出现网络拥塞，通信就会出现一定的延迟
40、，这将影响到温度控制系统对温度测控的实时性与准确性，使得系统性能不稳定。方案三：利用CAN总线实现远程通信。CAN是一种串行通信协议，它能有效支持高安全等级的分布实时控制，以多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其它节点发送信息，而不分主从；节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其它节点的操作不受影响；报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低；每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，具有极好的检错效果。由于采用了许多新技术及独特的设计，CAN总线与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。通过对比，本设计选择了方案三
41、，用于站点与站点之间的通信，上位机与各个站点之间的通信是通过主控节点的串口实现的。3.1.4 显示模块的选择本系统主要是显示环境当前的温湿度，并显示当前系统的工作状态。使用LCD或者LED都可以实现。方案一：采用LCD显示模块，LCD为英文Liquid Crystal Display的缩写，即液晶显示器，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图像。能显示测得温、湿度值和系统当前的工作状态等。还可以很方便地显示字符和汉字，但价格较高。方案二：采用LED显示模块，LED之所以受到广泛重视并得到迅速发展，是因为它本身有活动、很多优点。例如：亮度高、工作电压低、功耗小、
42、易于集成、驱动简单、寿命长、耐冲击且性能稳定，其发展前景极为广阔。目前正朝着更高亮度、更高耐气候性和发光密度、发光均匀性、全色化发展。所以采用LED同样能很好的显示环境当前温湿度和系统的工作状态，而且价格便宜。通过对比两方案，在显示的实现上方案一更加多样化，但是结合本设计的实际情况，选择了方案二。3.1.5 CAN收发器的选择方案一：TJA1050是CAN协议控制器和物理总线之间的接口。它最初是应用在波特率范围在60k波特到1M波特的高速自动化应用中。TJA1050可以为总线提供不同的发送性能，为CAN控制器提供不同的接收性能。而且它与“ISO 11898”标准完全兼容。TJA1050有一个电
43、流限制电路，保护发送器的输出级，使由正或负电源电压意外造成的短路不会对TJA1050造成损坏（此时的功率消耗增加）。TJA1050还有一个温度保护电路，当与发送器的连接点的温度超过大约165时，会断开与发送器的连接。因为发送器消耗了大部分的功率，所以这个集成电路的功率消耗和温度会较低。但是此时IC的其他功能仍继续工作。允许选择两种不同的工作模式：高速模式或静音模式。方案二：PCA82C50是CAN协议控制器和物理总线间的接口，它主要是为汽车中高速通讯（高达1Mbps）应用而设计。此器件对总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力，完全符合“ISO11898”标准。一个限流电路可防止发
44、送输出级对电池电压的正端和负端短路。虽然在这种故障条件出现时，功耗将增加，但这种特性可以阻止发送器输出级的破坏。在节点温度大约超过160时，两个发送器输出端的极限电流将减少。由于发送器是功耗的主要部分，因此芯片温度会迅速降低。IC的其他所有部分将继续工作。允许选择三种不同的工作模式：高速、待机、斜率控制。通过对比两收发器，各方面性能都比较接近，但是考虑到在应用方面的TJA1050更容易上手，而且TJA1050性能稍好，并且提供的两种工作模式比较适合此次设计的需要，选择了第一种方案。3.2 温度采集模块电路设计本模块采用了集成的温湿度传感器DS18B20,DS18B20数字温度传感器接线方便，封
45、装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 1: 技术性能描述 、 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 、测温范围 55+125，固有测温分辨率0.5。 、支持多点组网功能，多个DS18B20
46、可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。 、工作电源: 35V/DC 、在使用中不需要任何外围元件 、 测量结果以912位数字量方式串行传送 、不锈钢保护管直径 6 、适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温 、 标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选 、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。该芯片广泛应用于暖通空调、汽车、消费电子、自动控制等领域。现在DS18B20已经应用于所开发的“LCD显示气温”的控制系统中，其测温系统简单，测量精度高，连接方便，占用口线少，转换速度快，与微处理器的接口简单，给硬件设计工作带来了极大的方便，能有效地降低成本，缩短开发周期【11】。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。 DS18B20的外形及管脚排列如下图1: DS18B20引脚定义： (1)DQ为数字信号输入/输出端； (2)GND为电源地； (3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。3.3 显示模块电路设计3.3.1 温度显示电路设计 SAA10