基于CAN总线多点温度检测系统的设计

2013-06-25赵亮

机械管理开发 2013年1期

赵亮

（陕西理工学院机械工程学院，陕西汉中 723003）

0 引言

CAN总线技术具有通信速度快、误码率低、开发设计简单及网络使用维护方便等特点，是实现网络化现场测量与控制技术的一个发展方向。在魔芋烘干的过程中，振动流化床内的温度对魔芋烘干的质量影响很大，为了对魔芋在烘干的过程中流化床内的温度值进行实时的检测，采用了CAN总线技术，实现多点温度的检测，用LabWindows/CVI软件，开发了可以对检测的温度值进行实时显示和保存的交互界面。

1 检测系统的总体设计

检测系统总体设计，如图1所示，每6个温度点为一个检测单元，可以对24个点进行温度检测。在检测电路板和工控设备之间选择CAN总线的通信方式，本检测系统选用NI公司的Lab Windows/CVI软件进行上位机界面的开发，能够对采集温度值进行保存，并且能看温度的变化曲线[1，2]。

图1 系统总体设计

温度检测的过程为：先每个温度检测模块实时检测每个单元的温度值，通过CAN总线网络发到工控设备，然后在工控设备上进行温度值的显示，根据用户的要求进行数据的保存和温度曲线的显示。

2 检测系统的硬件设计

2.1 微处理器的选择

微处理器选用Silicon Lab公司生产的C8051F041单片机，C8051F041处理器是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有高速、流水结构8051兼容的CIP-51内核。12位8通道ADC，并且片内集成了一个CAN2.0控制器，可以方便组建CAN总线网络；MCU内部有JTAG接口和调试电路，可以通过JTAG接口使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式、全速、在系统调试。

2.2 测温电路的设计

温度传感器选用热电阻PT100，PT100是一种稳定性和线性比较好的铂丝热电阻传感器，可以工作在-200~600°C之间，而生产线流化床内的温度是80~120°C的范围。在用热电阻PT100进行温度测量时，用温度变送器将温度信号转变成4~20 mA的电流信号，经调理电路到处理器C8051F041的A/D转换的输入端，将模拟信号转换成数字信号，以方便计算机的处理。其电路图，如图2所示。

图2 温度检测电路

2.3 通信电路的设计

C8051F041微处理器具有CAN控制器，用CAN协议进行串行通信，CAN控制器符合Bosch规范2.0A。CAN控制器包含一个CAN核、消息RAM、消息处理状态机和控制寄存器。CAN是一个协议控制器，不提供物理层驱动器。在本系统选用PCA82C250作为CAN通信的收发器，其电路图，如图3所示[3]。

图3 通信电路

3 检测系统的软件设计

按照前面硬件电路的设计，实现对温度的采集、处理和显示等功能，软件设计可分为上位机程序的设计和下位机程序的设计。上位机程序主要完成温度值的显示、保存和曲线的显示等功能；下位机程序完成对温度的采集的功能。

3.1 上位机程序的设计

选用NI公司的Lab Windows/CVI交互式C语言开发平台，该平台将C语言与用于数据采集分析和显示的测控专业工具有机地结合起来，开发程序效率较高、可靠性好；软件带有丰富的数字信号处理库函数，界面设计方便灵活，能够满足系统的设计要求。对整个系统的软件进行模块化设计，将功能划分为系统的初始化、数据采集、数值的保存和结果的显示等部分。其界面如图4所示。