基于CAN總線(xiàn)的溫度測量節點(diǎn)設計

摘要：介紹了CAN總線(xiàn)技術(shù)及特點(diǎn)，提出了一種基于CAN總線(xiàn)的溫度測量節點(diǎn)的設計，該系統采用單片機技術(shù)和CAN總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現，給出了溫度測量節點(diǎn)的硬件、軟件的設計。經(jīng)實(shí)際應用，使用CAN總線(xiàn)的溫度測量節點(diǎn)在信號傳輸的實(shí)時(shí)性、可靠性、傳輸距離和測量精度有著(zhù)顯著(zhù)的提高。
關(guān)鍵詞：CAN總線(xiàn)；節點(diǎn)；CAN通信

0 引言
CAN是Controller Area Network的縮寫(xiě)，即控制器局部網(wǎng)，通常稱(chēng)為CAN bus(CAN總線(xiàn))，是一種支持分布式控制的串行通信協(xié)議。CAN最初出現在汽車(chē)工業(yè)中，是20世紀80年代德國B(niǎo)oech公司為汽車(chē)的監控、控制系統而設計的，主要是解決汽車(chē)中的電子控制裝置之間的通信，減少不斷增加的信號線(xiàn)。CAN總線(xiàn)的直接通信距離最遠可以達到10 km，此時(shí)通信速率為5 kbps以下；而通信速率最高可達1 Mbps，此時(shí)通信距離長(cháng)為40 m。同時(shí)CAN總線(xiàn)的通信媒介采用雙絞線(xiàn)或光纖，選擇靈活，其結構較簡(jiǎn)單，總線(xiàn)接口芯片支持8位、16位的CPU。
由于CAN總線(xiàn)采用短幀結構，在標準格式中，短幀的字節數為8個(gè)，因此傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)數據幀的時(shí)間短，并且每幀信息都有CBC校驗及其他檢錯措施，這樣可以保證極低的數據出錯率。CAN總線(xiàn)上的節點(diǎn)在錯誤嚴重時(shí)，可以自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)的功能，使總線(xiàn)上的其它操作不受到影響。由于CAN總線(xiàn)的數據通信具有卓越的特性及極高的可靠性，因而非常適合工業(yè)過(guò)程監控設備互連，也是最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。由于CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)，使得其廣泛地應用于電力、航空航天、治金、交通工具、機器人、醫療設備、環(huán)境監控和家用電器等眾多領(lǐng)域。本文提出基于CAN總線(xiàn)的溫度測量節點(diǎn)的設計。

1 系統總體結構設計
根據系統的設計要求，其總體設計結構如圖1所示。整個(gè)系統由主站節點(diǎn)、分布式溫度測量節點(diǎn)兩部分組成。由于基于CAN總線(xiàn)的溫度測量節點(diǎn)是一種分布式、實(shí)時(shí)的通信系統，可采用主從方式通信，其特點(diǎn)就是系統中任一節點(diǎn)設一為主站節點(diǎn)，其余均為從站節點(diǎn)，主站節點(diǎn)通過(guò)CAN總線(xiàn)與各個(gè)從站節點(diǎn)進(jìn)行通信。我們只需設一個(gè)主站節點(diǎn)作為主監控器，以點(diǎn)對點(diǎn)方式進(jìn)行通信，其余的從站均為各個(gè)溫度測量節點(diǎn)。各個(gè)節點(diǎn)都通過(guò)CAN總線(xiàn)實(shí)現信號數據的連接，各個(gè)溫度測量節點(diǎn)具有較強的獨立性，具有工作可靠性、性能穩定、測量精確、安裝調試方便、造價(jià)低廉等特點(diǎn)。

2 溫度測量節點(diǎn)的硬件電路設計
CAN總線(xiàn)溫度測量節點(diǎn)主要任務(wù)是溫度采集與CAN通信，其硬件結構框圖如圖2所示。硬件電路由微處理器STC89C52、總線(xiàn)控制器SJA10 00、總線(xiàn)驅動(dòng)器PCA82CS0和傳感器DS18B20四個(gè)部份組成。微處理器負責對SJA1000和DS18B20進(jìn)行初始化，通過(guò)總線(xiàn)控制器SJA1000實(shí)現數據的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。

2．1 溫度傳感器DS18B20
DS18B20是美國DALLAS公司推出的第一片支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口的溫度傳感器，該傳感器只需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信，就可以實(shí)現多點(diǎn)分布的應用，具有低功耗、高性能、抗干擾強等優(yōu)點(diǎn)。其傳感器的特性為：
(1)溫度測量范圍寬，能測到-55℃～125℃的溫度，在-10℃～+85℃時(shí)精度為正負0．5℃。
(2)提供9—12位的測量分辯率，對應的溫度精度分別為0．5℃、0．25℃、0．125℃和0．0625℃，實(shí)現了高精度的測量。
(3)接口方式獨特，僅需一條信號線(xiàn)就可以實(shí)現與微處理器的雙向通信。
(4)測量出的溫度能直接轉化成串行數字信號供CPU處理，同時(shí)還傳送CRC校驗碼，具有很強的抗干擾糾錯能力。
溫度傳感器的電路設計由單片機的引腳P3．5與傳感器DS18B20的DQ腳相連，實(shí)現微處理器與傳感器的雙向數據的通信。同時(shí)DQ單總線(xiàn)外接一4．7 k的上拉電阻。溫度傳感器的電路圖如圖3所示。