基于CAN总线的远程温度采集系统

摘要：介绍了CAN总线在远程温度采集系统中的应用，给出一种基于独立的CAN控制器SJA1000和微控制器STC89C52的系统总体结构、硬件设计以及软件设计方法。实验表明，该系统采集温度精确、可靠性高，而且通信距离远，可广泛应用于各种工业控制场合。

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。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。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。

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。这是本文实现远程温度采集系统的关键。DS18B20与STC 89C252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。

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。

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。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。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。

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BTRl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。

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。

3.3 温度采集软件

根据DS18B20的通信协议，单片机STC89C52控制DS18B20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DS18B20进行初始化，初始化成功后发送温度转化指令。由此方可对DS18B20进行预定的操作。主机使用时隙来读写DS18B20的数据位和写命令字的位。

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DS18820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。