基于CAN總線的溫濕度智能節點設計

摘 要：對溫濕度的精確檢測和遠距離傳輸越來越受到人們的重視，針對這一情況，研制一種高精度、高穩定性、低成本且實用的分布式環境溫濕度檢測控制系統顯得非常重要。而利用CAN總線實現遠距離節點間和PC機的實時通信，具有結構簡單、可靠性高、成本低、實時性好、安裝維護方便且便于功能擴展等優點，提高了管理水平和工作效率，所以將CAN總線應用于溫濕度控制具有較好的前景。

關鍵詞：CAN總線；溫濕度；實時通信

1 前言

本文設計了一個基于CAN總線的溫濕度智能節點。該系統由單片機最小系統、濕度檢測電路、溫度檢測電路、A/D轉換電路、顯示電路、CAN控制器、CAN收發器構成。

2 系統總體設計

本設計是一個基于CAN總線的溫濕度檢測節點，節點采集溫濕度模擬信號經A/D轉換送入主控制器，并將節點的主控制器連接在CAN總線上，可實現遠程通信和監控。系統結構如下圖1所示。

3 硬件設計

3.1 單片機最小系統

單片機最小系統由單片機AT89C52、時鐘電路和復位電路構成[1]。

3.2 溫度檢測電路

本設計選用LM35為溫度傳感器，LM35溫度傳感器輸出電壓與攝氏溫標的線性度好，而且輸出模擬量信號適合遠距離傳輸，LM35輸出與溫度值對應的電壓信號經放大10倍后變為標準信號送往A/D轉換電路。

3.3 A/D轉換電路

LM35輸出的電壓信號要轉換為對應的數字信號才可被單片機接收，本設計選取ADC0809作為A/D轉換器即可滿足要求，由于ADC0809的時鐘信號為500KHZ，故將單片機的ALE端接四分頻器后給轉換器作為時鐘。

3.4 濕度傳感器電路

本設計的濕度檢測電路由555多諧振蕩器來實現，HS1101傳感器的電容值與溫室濕度成線性關系，空氣濕度通過555測量振蕩電路后，就轉變為與之呈反比例的頻率信號，后將頻率信號送單片機的計數器即可計算出濕度值。

3.5 顯示電路

由于智能節點的需要實時顯示室內的溫濕度值和報警信息，數據較為復雜，故選擇LCD1602液晶顯示器，可以顯示16×2 個字符，具有顯示質量高、數字式接口、體積小、重量輕、功耗低等優點，可以滿足設計的要求。

3.6 CAN接口電路

CAN接口電路主要由CAN控制器SJA1000、光電耦合器6N137和CAN驅動器PCA82C250構成。CAN總線控制器的地址/數據復用總線與單片機的P0口相連，并將中斷輸出到單片機中斷口，總線控制器串行數據輸出線（TX）和串行數據輸入線（RX）分別經光電耦合電路連接至總線驅動器82C250，總線驅動器通過差分發送和接收功能的兩個總線端CANH和CANL連接至CAN總線電纜[2]。

⑴總線控制器。CAN總線控制器提供了與單片機控制器的數據線路接口，單片機通過對控制器編程設置其工作模式，控制其工作狀態，啟動CAN報文的發送并對反饋報文接收予以響應，即CAN總線控制器實現了CAN協議中最復雜的數據鏈路功能。本設計的總線控制器選用SJA1000。

⑵光電耦合器。由于總線傳輸距離遠，現場環境干擾大，為了增強抗干擾能力，在SJA1000與PCA82C250間采用高速光耦6N137實現總線電氣隔離。為了有效隔離，6N137兩端的電源使用B0505S-1W隔離，而且可以減少CAN總線有效回路信號的傳輸延遲時間。

⑶CAN收發器。CAN總線收發器實現了物理層的功能，一方面將控制器發送信號轉化為符合CAN物理層標準的信號，進行放大、傳輸；另一方面將總線上收到的信號轉變為控制器所能接收的電平信號。其本質是提供了CAN控制器與物理總線之間的接口：即為總線提供差分信號的發送功能，為控制器提供差分信號的接收功能。本設計的CAN收發器選擇PCA82C250。

4 軟件設計

節點程序主要包括主程序、CAN控制器初始化程序、濕度檢測中斷程序、接收程序和發送程序。其中主程序主要完成中斷初始化、鍵盤掃描、溫度檢測和溫濕度顯示及報警等功能；CAN控制器初始化程序主要完成SJA1000的初始化設置；濕度檢測中斷程序完成濕度傳感器的脈沖計數及對應濕度的計算；接收程序由單片機的外部中斷完成，主要實現節點接收報文的處理；發送程序主要實現節點報文的發送。

[參考文獻]

[1]謝維成，楊加國，主編.<<單片機原理與應用及C51程序設計>>[M].北京：清華大學出版社，2006年.

[2]牛躍聽，周立功，方丹.<>[M].北京：北京航空大學出版社，2012年.