基于CAN總線多點溫度檢測系統的設計

趙 亮

（陜西理工學院機械工程學院，陜西 漢中 723003）

0 引 言

CAN總線技術具有通信速度快、誤碼率低、開發設計簡單及網絡使用維護方便等特點，是實現網絡化現場測量與控制技術的一個發展方向。在魔芋烘干的過程中，振動流化床內的溫度對魔芋烘干的質量影響很大，為了對魔芋在烘干的過程中流化床內的溫度值進行實時的檢測，采用了CAN總線技術，實現多點溫度的檢測，用LabWindows/CVI軟件，開發了可以對檢測的溫度值進行實時顯示和保存的交互界面。

1 檢測系統的總體設計

檢測系統總體設計，如圖1所示，每6個溫度點為一個檢測單元，可以對24個點進行溫度檢測。在檢測電路板和工控設備之間選擇CAN總線的通信方式，本檢測系統選用NI公司的Lab Windows/CVI軟件進行上位機界面的開發，能夠對采集溫度值進行保存，并且能看溫度的變化曲線[1，2]。

圖1 系統總體設計

溫度檢測的過程為：先每個溫度檢測模塊實時檢測每個單元的溫度值，通過CAN總線網絡發到工控設備，然后在工控設備上進行溫度值的顯示，根據用戶的要求進行數據的保存和溫度曲線的顯示。

2 檢測系統的硬件設計

2.1 微處理器的選擇

微處理器選用Silicon Lab公司生產的C8051F041單片機，C8051F041處理器是完全集成的混合信號片上系統型MCU，具有高速、流水結構8051兼容的CIP-51內核。12位8通道ADC，并且片內集成了一個CAN2.0控制器，可以方便組建CAN總線網絡；MCU內部有JTAG接口和調試電路，可以通過JTAG接口使用安裝在最終應用系統上的產品MCU進行非侵入式、全速、在系統調試。

2.2 測溫電路的設計

溫度傳感器選用熱電阻PT100，PT100是一種穩定性和線性比較好的鉑絲熱電阻傳感器，可以工作在-200~600°C之間，而生產線流化床內的溫度是80~120°C的范圍。在用熱電阻PT100進行溫度測量時，用溫度變送器將溫度信號轉變成4~20 mA的電流信號，經調理電路到處理器C8051F041的A/D轉換的輸入端，將模擬信號轉換成數字信號，以方便計算機的處理。其電路圖，如圖2所示。

圖2 溫度檢測電路

2.3 通信電路的設計

C8051F041微處理器具有CAN控制器，用CAN協議進行串行通信，CAN控制器符合Bosch規范2.0A。CAN控制器包含一個CAN核、消息RAM、消息處理狀態機和控制寄存器。CAN是一個協議控制器，不提供物理層驅動器。在本系統選用PCA82C250作為CAN通信的收發器，其電路圖，如圖3所示[3]。

圖3 通信電路

3 檢測系統的軟件設計

按照前面硬件電路的設計，實現對溫度的采集、處理和顯示等功能，軟件設計可分為上位機程序的設計和下位機程序的設計。上位機程序主要完成溫度值的顯示、保存和曲線的顯示等功能；下位機程序完成對溫度的采集的功能。

3.1 上位機程序的設計

選用NI公司的Lab Windows/CVI交互式C語言開發平臺，該平臺將C語言與用于數據采集分析和顯示的測控專業工具有機地結合起來，開發程序效率較高、可靠性好；軟件帶有豐富的數字信號處理庫函數，界面設計方便靈活，能夠滿足系統的設計要求。對整個系統的軟件進行模塊化設計，將功能劃分為系統的初始化、數據采集、數值的保存和結果的顯示等部分。其界面如圖4所示。

圖4 上位機界面

上位機操作界面可以對采集的24點的溫度值進行實時的顯示，且具有保存功能，保存路徑為軟件的安裝位置，可以定時自動保存和也可以單次保存，方便了操作者觀察歷史溫度值。另外還具有對溫度值進行實時曲線顯示，觀察溫度的變化情況。

3.2 下位機程序的設計

1）溫度檢測程序。C8051F041單片機的ADC0子系統包括可編程模擬多路選擇器、可編程增益放大器和逐次逼近寄存器型ADC，集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器。通過設置特殊功能寄存器來來選擇輸入通道、基準電壓、放大倍數和數據轉換方式[3]。其溫度檢測程序流程圖，如圖5所示。

2）通信程序設計。CAN通信程序包括初始化程序、發送程序和接受程序，初始化程序主要對消息對象進行初始化、CAN控制寄存器初始化、位定時寄存器的初始化以及發送對象和接收對象的初始化[4]。

4 結束語

采用CAN總線技術，提高了檢測系統數據傳輸的可靠性。用Lab Win?dows/CVI軟件開發平臺，開發了上位機操作界面，具有可以對24點溫度進行采集和實時顯示的功能，且界面的交互性比較友好。

圖5 溫度檢測程序流程圖

[1] 劉春華,高繼森.基于組態軟件與單片機的多點溫度監控系統總體設計[J].宜春學院學報，2008，30（4）:51-52.

[2] 郝迎吉,馬德平.一種基于單片機的組態王溫度監控系統[J].西安科技大學學報,2005,25(2):201-203.

[3] 田奕,劉秀紅.基于C8051F040的CAN總線通訊系統設計[J].現代電子技術，2006（15）:29-31.

[4] 熊善清.基單片機C8051F040的CAN通訊程序設計[J].通信電源技術，2005,22(4):36-38.