基于CAN 总线的远程温度采集系统*

王奥运，范冰新，潘文强，高宏峰

(河南科技大学 信息工程学院，河南 洛阳 471023)

温度测量是人们日常生活中经常遇到的问题，在工农业生产、地质勘探、国防科研等领域扮演着重要的角色，对温度进行准确的测量显得尤为重要，而在人工操作不便的偏远地区、气候恶略地带，需要使用自动测温系统进行温度的测量。

控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)是一种串行双向通信的总线［1］。它采用多主工作方式，能够支持分布控制和实时控制。CAN 总线能在远距离传输上保持较高的通信速率，其网络节点可达110 个［2］。CAN 总线协议建立在OSI 模型基础上的，已成为国际化标准并在工业测控和工业自动化领域广泛应用。

本文实现了一种远程温度采集系统。该系统含有多个智能的测温模块，在每个节点位置上的测温模块不仅可以独立的进行温度测量采集，而且它们还可通过CAN 总线连接起来集中的管理和监控。

1 系统总体结构

温度采集系统总体结构如图1 所示。位于现场的智能节点构成单个温度采集模块，诸多温度采集模块构成了整个温度采集系统，系统通过CAN 总线对各节点的数据进行实时地采集和传输，发送到CAN 总线上的数据可传送到上位计算机，通过上位计算机实现集中监控和管理。

图1 系统总体结构

2 系统硬件设计

系统的智能节点由STC89C52 微控制器和其外围电路组成。外围电路包含测温电路、CAN 总线接口电路、LCD 显示模块等部分。下面就主要部分进行详细地介绍。

2.1 微处理器

本系统采用能够兼容8051 的STC 系列中的STC89C52微处理器。STC89C52 微处理器集成了微处理器模块、存储器模块和输入/输出接口模块的8 位嵌入式微控制器芯片。其存储器模块包含8 kB 内部程序存储器、512 数据存储器以及内置4KB 的EEPROM;输入/输出接口模块包含4 个8 位并行的I/O 端口、32 个可编程的I/O 引脚。

2.2 测温电路

测温电路采用单总线器件DS18B20 实现。DS18B20 内部集成了温度传感器和模数转换器，其温度测量范围包含在－55 ℃+125 ℃与之间。它在一定的温度范围其精度可达0.5 ℃。DS18B20 采用单一总线方式传输，接线方式经济灵活，既降低了硬件的成本又提高了系统的可靠性。DS18B20通过位片序列号，可实现将多个DS18B20 挂接在一根单总线上，因此可以将该温度传感器放在不同的地方，进行多节点温度的采集。STC89C52 可按照DS18B20 的序列号得到不同节点上的温度值［3］。这是本文实现远程温度采集系统的关键。DS18B20 与STC89C52 的连接如图2 所示。数字输入输出端DQ 与单片机的P2.3 口相连。

图2 DS18B20 与单片机的连接

2.3 CAN 总线接口电路

本系统采用了CAN 总线通信技术，以便于数据及时而有效的传输。CAN 总线接口电路由CAN 总线控制器SJA1000 和CAN 总线收发器82C50 两部分组成。其结构如图3 所示。

图3 CAN 总线接口电路

CAN 总线控制器芯片SJA1000 是一种独立控制器。其具有完成CAN 通信协议所要求的全部特性［4］。CAN 总线收发控制器82C50 是CAN 总线控制器与物理总线之间的接口。其具有差动发送和差动接收能力［5］。CAN 总线通信协议由CAN 控制器芯片和接口芯片共同作用实现，本系统在C语言编程设计中采用的是BasicCAN 协议模式。

3 系统软件设计

本远程温度采集系统的软件设计主要包括两部分:CAN总线接口软件部分和温度采集软件部分。CAN 总线接口软件设计包括:SJA1000 的初始化、CAN 总线数据的发送和温度的接收。系统软件设计是在STC 系列单片机的C 语言编程环境下编写的。

3.1 CAN 控制器SJA1000 的初始化

CAN 总线节点的软件设计首先要进行CAN 控制器SJA1000 初始化。SJA1000 初始化是在复位情况下默认的BasicCAN 模式下进行的。其主要包括设置CAN 模式位选择工作模式，设置相应的寄存器定义接收滤波方式和总线定时器。另外还有中断允许寄存器和输出模式的设置等［6］。

首先SJA1000 在上电复位进入默认BasicCAN 模式，设置总线定时寄存器BTR0 和BTR1 值。所有节点的这两个总线定时寄存器设置都应相同，否则系统可能无法通信。通过设置这两个寄存器从而确定系统的通信波特率和同步跳转宽度。在复位模式中总线定时寄存器可被读/写访问。验收滤波器通过验收代码寄存器ACR 和验收屏蔽寄存器AMR来设置。其次设置OCR 确定CAN 控制器输出方式。SJA1000 初始化完毕，系统即可成功传输报文。

3.2 CAN 总线数据发送/接收子程序

CAN 总线发送子程序完成报文的发送。CAN 总线数据发送子程序流程图如图4 所示。程序先把待发送的信息按照要求的格式组成单帧报文，并将其写入SJA1000 的发送缓存寄存器。将SJA1000 的命令寄存器CMR 第0 位置1 提出发送请求，开始发送报文［7］。

CAN 总线数据接收子程序完成报文的接收。CAN 总线接收子程序流程图如图5 所示。接收数据采用中断方式。当SJA1000 收到一帧报文时，将报文滤波后存放在接收缓冲器内，再释放接收缓冲区，等待下面的报文接收。程序在接收报文时，还要处理单片机中断关闭、错误警告、数据溢出等各种情况。具体来讲，首先将CPU 关中断，判断状态寄存器的RBS 位是否为1，如果为1，就可以接收数据;接收完之后释放缓冲寄存器，开放CPU 中断。

图4 CAN 总线数据发送子程序流程图

图5 CAN 总线数据接收子程序流程图

3.3 温度采集软件

根据DSl8820 的通信协议，单片机STC89C52 控制DSl8B20 完成温度采集。温度采集软件流程图如图6 所示。读写前要对DSl8B20 进行初始化，初始化成功后发送温度转化指令。由此方可对DSl8B20 进行预定的操作［8］。主机使用时隙来读写DSl820 的数据位和写命令字的位。

图6 温度采集软件流程图

4 结束语

本文介绍了该系统的硬软件设计及其实现过程。其使用STC89C52 作为主控芯片，配合DSl8820 温度传感器、CAN总线电路，实现基于CAN 总线协议的远程温度采集。实验表明，该温度采集系统可采集多个远程温度采集模块的数据，每一温度采集模块都可对各个节点的数据进行远程采集、远距离传输和数字显示，系统通过CAN 总线对其进行实时地的监控和管理。

［1］邬宽明.CAN 总线原理和应用系统设计［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2001.

［2］陈能虎，胡荣强.CAN 总线在多路温度采集系统中的应用［J］.仪表技术，2010(10):55－59.

［3］牛广文.基于CAN 总线的分布式智能温度采集系统设计［J］.低压电器，2012(7):43－45.

［4］饶运涛，邹继军，郑勇芸.现场总线CAN 原理与应用技术［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2003.

［5］广州周立功单片机发展有限公司.SJA1000 独立的CAN 控制器应用指南，2001.

［6］叶露林，吴秋芹.基于CAN 总线的温度测控系统［J］.电子科技，2005(8):43－45.

［7］韩成浩，高晓红.CAN 总线技术及其应用［J］.制造业自动化，2010(2):146－149.

［8］朱其慎.基于CAN 总线的温室环境温度检测系统［J］.安徽农业科学，2010(38):4241－4243.