摘要
本文设计的是一套基于CAN总线的多点温度检测及报警系统，主要是对粮仓的温度监控，以确保储粮的安全。
系统设计分为主控模块和监控模块。主控监控两模块的微处理器都采用AT89S52单片机。为了实现主控模块对监控模块的实时监测，在主控端和监控端处都设计有CAN通信电路，由控制器SJA1000和收发器82C250组成CAN通信接口。另外，主控端的外围电路部分包括时钟电路功能模块、EEPROM存储电路模块、串口通信电路模块、译码电路功能模块、液晶显示屏模块；监控端的外围电路部分为温度传感器。主控端的时钟芯片选用DS12887，EEPROM存储芯片选用户AT24C16，显示屏采用FM12232B液晶模块。监控端的温度传感器采用数字传感器DS18B20，系统设置温度传感器的阐值为50℃。
本文给出了系统的结构和软硬件设计方案，可实现实时温度测量、越限报警等功能。该系统具有可靠性好、通信速率高、抗干扰能力强等特点。本系统还适用于在粮仓、北方暖气和热水供应中心、大面积水泥铺建等多种场合。
关键词：CAN总线；DS18B20；AT89S52
Based on CAN bus multipoint temperature monitoring and alarming system design
ABSTRACT
This paper designs a multi-point temperature detection and alarm system based on CAN bus , this system is mainly used to monitor the temperature of granary, to ensure the safety of the stored grain.
This system is divided into the main control module and the surveillance module. The microprocessor of the main control module and the surveillance module both use DSP AT89S52 microcontroller. In order to achieve real-time monitoring and measuring of the surveillance module,CAN communications circuits are designed at the port of the main control module and the surveillance module,which is composed by the controller SJA1000
and the 82C250 communications interface. In addition, the external circuit section of the main control module includes the clock circuit modules, EEPROM memory circuit module, serial communication circuit module, decoding circuit modules, LCD modules; the main portion of the external circuit section of the surveillance module is the temperature sensor. The clock chip of the main control module uses DS12887, the EEPROM memory chip can select AT24C16, the LCD display module can select FM12232B. The temperature sensor of the surveillance module use the digital sensor DS18B20, the lininal value of the temperature sensor is setted at 50 ℃ by the system.
This paper presents the architecture of the system and the hardware and software design proposal , enabling the function of real-time temperature measurement and the off-limited alarm .The system has good reliability, high transmission rate, strong anti-interference and so on. This system can also be applied to the granary, the north central heating and hot water supply center, the cement paving of a large area and other occasions.
Keywords: CAN-bus；DS18B20；AT89S52
1 绪论
1.1 背景介绍
我国是一个农业大国，每年都有大量的新粮收获也有部分陈粮积压，由于储存不当会造成大量的粮食浪费， 科学储粮是粮食生产的一个重要环节，若管理不当，粮食发霉或生虫会造成极大浪费，给国家和人民造成了巨大的经济损失，粮仓的性能成为粮食质量的决定因素。
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随着电子技术和计算机技术的发展，目前普遍采用电子和计算机对粮仓测控和管理，但是仍存在很多不尽人意的问题，如抗干扰性能差、传输数据丢失等，针对这些情况提出一种基于CAN总线粮仓多点温度测控及报警系统的设计方法。
1.2 国内外相关技术发展概况
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传统的机械式温度检测仪表己经有上百年的历史了，一般均具有指示温度的功能，由于测温原理不同，不同的仪表在报警、记录、控制信息远传等方面有较大的差别。今年来由于微电子的进步以及计算机应用的日益广泛，智能化测量仪表己经取得巨人的进步，以单片机为主体的温度控制器取代了传统的仪器仪表。常规电子线路，可以容易地将计算机技术与测量技术结合起来。智能仪表在测量过程自动化，测量结果的数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进展。目前，在研制高精度，高性能，多功能的测量仪表时，几乎没有不考虑使用单片机使之成为智能仪表的。
1.2.1 温度传感器的发展概况
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美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量
系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内，精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V～5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。
1.2.2 现场总线概况
现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统[1]。
现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。1983年，Honeywell推出了智能化仪表，它在原模拟仪表的基础上增加了计算功能的微处理器芯片，在输出的4～20mA直流信号上迭加了数字信号，使现场与控制室之间的连接模拟信号变为数字信号。之后，世界上各大公司推出了各种智能仪表。智能仪表的出现为现场总线的诞生奠定了基础。智能仪表的出现为现场信号的数字化提供了条件，但不同厂商提供的设备通信标准不统一，束缚了底层网络的发展。现场总线要求不同的厂商遵从相同的制造标准，组成开放的互连网络是现场总线的发展趋势。 现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求，设备一对一的分别进行连线的结构形式。把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。
对于一般控制，设备间连锁可以通过串行网络完成。因此，BOSCH公司开发了CAN总线(Controller Area Network)，并已取得国际标准化组织认证(ISO11898)，其总线结构可参照IS
O/OSI参考模型。同时，国际上一些大的半导体厂商也积极开发出支持CAN总线的专用芯片。通过CAN总线，传感器、控制器和执行器由串行数据线连接起来。它不仅仅是将电缆按树形结构连接起来，其通信协议相当于ISO/OSI参考模型中的数据链路层，网络可根据协议探测和纠正数据传输过程中因电磁干扰而产生的数据错误。CAN网络的配制比较容易，允许任何站之间直接进行通信，而无需将所有数据全部汇总到主计算机后再行处理。对机动车辆总线和对现场总线的需求有许多相似之处，即较低的成本、较高的实时处理能力和在恶劣的强电磁干扰环境下可靠的工作。奔驰S型轿车上采用的就是CAN总线系统;美国商用车辆制造商们也将注意力转向CAN总线;美国一些企业已将CAN作为内部总线应用在生产线和机床上。同时，由于CAN总线可以提供较高的安全性，因此在医疗领域、纺织机械和电梯控制中也得到广泛应用。
1.3 温度监测及报警系统的应用前景
在粮仓、北方暖气和热水供应中心、大面积水泥铺建等多种场合中，温度是最主要的检测控制参数，在电力、生物制品、药品、电子器件等行业，温度监测及报警系统更是需求很大。因此，温度监测及报警系统的应用范围非常广泛。但由于各类温度传感器的性能稳定性、适
应性、经济性仍然存在不少技术问题，阻碍了温度监测及报警系统的应用发展。这些领域大都以较为准确但效率非常之低的检测手段为主，如目前国内80%的纺织企业对工作环境温度的检测仍采用温度计表的形式。如能充分利用智能化技术，实现温度控制系统的自动检测及越线报警提示技术，由此推广应用将可能出现一定的市场规模，应用前景将更加看好。
2 现场总线CAN原理介绍
2.1 现场总线简介
随着控制、计算机、通讯、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次、覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。现场总线就是顺应这一形势发展起来的新技术。
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，标志着工业控制领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要影响。现场总线是应用在生产现场、在微型计算机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的
系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。其在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用背景[2]。
现场总线技术将专用于微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有数字计算和通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微型计算机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。简而言之，它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。它给自动化领域带来的变化正如众多分散的计算机被网络连接在一起，使计算机的功能、加入到信息网络的行列。因此现场总线技术是一个控制技术新时代的开端[2]。
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