基于CAN總線的溫濕度智能節(jié)點設(shè)計

摘 要：對溫濕度的精確檢測和遠(yuǎn)距離傳輸越來越受到人們的重視，針對這一情況，研制一種高精度、高穩(wěn)定性、低成本且實用的分布式環(huán)境溫濕度檢測控制系統(tǒng)顯得非常重要。而利用CAN總線實現(xiàn)遠(yuǎn)距離節(jié)點間和PC機的實時通信，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、實時性好、安裝維護方便且便于功能擴展等優(yōu)點，提高了管理水平和工作效率，所以將CAN總線應(yīng)用于溫濕度控制具有較好的前景。

關(guān)鍵詞：CAN總線；溫濕度；實時通信

1 前言

本文設(shè)計了一個基于CAN總線的溫濕度智能節(jié)點。該系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、濕度檢測電路、溫度檢測電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、CAN控制器、CAN收發(fā)器構(gòu)成。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本設(shè)計是一個基于CAN總線的溫濕度檢測節(jié)點，節(jié)點采集溫濕度模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入主控制器，并將節(jié)點的主控制器連接在CAN總線上，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

3 硬件設(shè)計

3.1 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)由單片機AT89C52、時鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成[1]。

3.2 溫度檢測電路

本設(shè)計選用LM35為溫度傳感器，LM35溫度傳感器輸出電壓與攝氏溫標(biāo)的線性度好，而且輸出模擬量信號適合遠(yuǎn)距離傳輸，LM35輸出與溫度值對應(yīng)的電壓信號經(jīng)放大10倍后變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號送往A/D轉(zhuǎn)換電路。

3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路

LM35輸出的電壓信號要轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號才可被單片機接收，本設(shè)計選取ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器即可滿足要求，由于ADC0809的時鐘信號為500KHZ，故將單片機的ALE端接四分頻器后給轉(zhuǎn)換器作為時鐘。

3.4 濕度傳感器電路

本設(shè)計的濕度檢測電路由555多諧振蕩器來實現(xiàn)，HS1101傳感器的電容值與溫室濕度成線性關(guān)系，空氣濕度通過555測量振蕩電路后，就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比例的頻率信號，后將頻率信號送單片機的計數(shù)器即可計算出濕度值。

3.5 顯示電路

由于智能節(jié)點的需要實時顯示室內(nèi)的溫濕度值和報警信息，數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，故選擇LCD1602液晶顯示器，可以顯示16×2 個字符，具有顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點，可以滿足設(shè)計的要求。

3.6 CAN接口電路

CAN接口電路主要由CAN控制器SJA1000、光電耦合器6N137和CAN驅(qū)動器PCA82C250構(gòu)成。CAN總線控制器的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線與單片機的P0口相連，并將中斷輸出到單片機中斷口，總線控制器串行數(shù)據(jù)輸出線（TX）和串行數(shù)據(jù)輸入線（RX）分別經(jīng)光電耦合電路連接至總線驅(qū)動器82C250，總線驅(qū)動器通過差分發(fā)送和接收功能的兩個總線端CANH和CANL連接至CAN總線電纜[2]。

⑴總線控制器。CAN總線控制器提供了與單片機控制器的數(shù)據(jù)線路接口，單片機通過對控制器編程設(shè)置其工作模式，控制其工作狀態(tài)，啟動CAN報文的發(fā)送并對反饋報文接收予以響應(yīng)，即CAN總線控制器實現(xiàn)了CAN協(xié)議中最復(fù)雜的數(shù)據(jù)鏈路功能。本設(shè)計的總線控制器選用SJA1000。

⑵光電耦合器。由于總線傳輸距離遠(yuǎn)，現(xiàn)場環(huán)境干擾大，為了增強抗干擾能力，在SJA1000與PCA82C250間采用高速光耦6N137實現(xiàn)總線電氣隔離。為了有效隔離，6N137兩端的電源使用B0505S-1W隔離，而且可以減少CAN總線有效回路信號的傳輸延遲時間。

⑶CAN收發(fā)器。CAN總線收發(fā)器實現(xiàn)了物理層的功能，一方面將控制器發(fā)送信號轉(zhuǎn)化為符合CAN物理層標(biāo)準(zhǔn)的信號，進行放大、傳輸；另一方面將總線上收到的信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破魉芙邮盏碾娖叫盘枴Ｆ浔举|(zhì)是提供了CAN控制器與物理總線之間的接口：即為總線提供差分信號的發(fā)送功能，為控制器提供差分信號的接收功能。本設(shè)計的CAN收發(fā)器選擇PCA82C250。

4 軟件設(shè)計

節(jié)點程序主要包括主程序、CAN控制器初始化程序、濕度檢測中斷程序、接收程序和發(fā)送程序。其中主程序主要完成中斷初始化、鍵盤掃描、溫度檢測和溫濕度顯示及報警等功能；CAN控制器初始化程序主要完成SJA1000的初始化設(shè)置；濕度檢測中斷程序完成濕度傳感器的脈沖計數(shù)及對應(yīng)濕度的計算；接收程序由單片機的外部中斷完成，主要實現(xiàn)節(jié)點接收報文的處理；發(fā)送程序主要實現(xiàn)節(jié)點報文的發(fā)送。

[參考文獻]

[1]謝維成，楊加國，主編.<<單片機原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計>>[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006年.

[2]牛躍聽，周立功，方丹.<>[M].北京：北京航空大學(xué)出版社，2012年.