基于CAN總線技術(shù)的冷庫溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、介紹了一種基于CAN總線技術(shù)的冷庫溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。CAN總線是目前最流行的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，它具有可靠性高、價(jià)格低廉、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分組成。上位機(jī)主要完成與PC機(jī)的通信功能，通過PC機(jī)可設(shè)置及顯示各冷庫的溫度，將設(shè)置的溫度通過上位機(jī)送至下位機(jī)；下位機(jī)完成對(duì)冷庫的溫度檢測(cè)以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒溫控制。同時(shí)，可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定溫度值。上位機(jī)與下位機(jī)均以AT89S52為核心，下位機(jī)使用LED進(jìn)行溫度顯示。選用DS18B20單總線數(shù)字溫度傳感器，測(cè)量精度可以達(dá)到0.5。將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較后由下位機(jī)控制制冷壓縮機(jī)或電加熱器進(jìn)行溫度調(diào)整，達(dá)到恒溫控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智

2、能化。系統(tǒng)通過CAN總線實(shí)現(xiàn)對(duì)冷庫所有倉庫的遠(yuǎn)程管理，控制各個(gè)倉庫的信息采集、數(shù)據(jù)傳輸和溫度的調(diào)節(jié)，大大提高了管理效率，節(jié)省了人力資本；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、應(yīng)用靈活、前景十分廣闊。冷庫溫度測(cè)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1課題總體分析設(shè)計(jì)一個(gè)基于CAN總線的大型冷藏庫控制系統(tǒng)，針對(duì)不同貯藏室的溫度控制要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒溫和遠(yuǎn)程監(jiān)控。用戶根據(jù)需要，通過鍵盤或上位機(jī)設(shè)定各儲(chǔ)藏室的溫度，由現(xiàn)場(chǎng)控制節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒溫控制，系統(tǒng)誤差為±0.5；并且可以通過上節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控各貯藏室的溫度。根據(jù)總體設(shè)計(jì)，選擇經(jīng)濟(jì)適用的傳感器和單片機(jī)以及外圍電路所需的芯片及元器件；設(shè)計(jì)相應(yīng)的前向通道和后向通道；設(shè)計(jì)CAN總線電路用

3、于數(shù)據(jù)通信；設(shè)計(jì)顯示電路用于顯示溫度等值；設(shè)計(jì)鍵盤電路用于設(shè)置初值等；軟件設(shè)計(jì)，并編寫相應(yīng)的軟件。傳感器單片機(jī)控制電路顯示電路2.2方案論證2.3系統(tǒng)總體框架本課題設(shè)計(jì)的冷庫溫度控制系統(tǒng)主要由CAN總線分為上節(jié)點(diǎn)和下節(jié)點(diǎn)兩部分。CAN總線完成上節(jié)點(diǎn)和下節(jié)點(diǎn)的通信功能。系統(tǒng)主要由PC機(jī)、上位機(jī)和下位機(jī)組成。CAN總線總體框圖如圖2.3所示。PC機(jī)上位機(jī)節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)nCAN總線圖2.3 CAN總線整體框圖 單片機(jī)通信模塊CAN總線控制器CAN總線收發(fā)器PC機(jī)上節(jié)點(diǎn)主要完成與PC機(jī)之間的通信功能，把下節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到的溫度值送到PC機(jī)進(jìn)行顯示，并把PC機(jī)設(shè)置的各冷庫溫度值通過CAN總線送至下節(jié)點(diǎn)。主要由CA

4、N總線控制器和CAN總線收發(fā)器來完成與下節(jié)點(diǎn)的通信。上節(jié)點(diǎn)框圖如圖2.4所示。圖2.4 CAN總線上節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖CAN總線收發(fā)器CAN總線控制器單片機(jī)n號(hào)庫房測(cè)溫點(diǎn)動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路控制電路鍵盤下節(jié)點(diǎn)完成冷庫內(nèi)溫度的采集，用溫度傳感器測(cè)量冷庫內(nèi)的溫度，顯示部分顯示當(dāng)前冷庫內(nèi)的溫度值，控制電路調(diào)節(jié)冷庫內(nèi)的溫度達(dá)到恒溫控制。下節(jié)點(diǎn)框圖如下圖所示。圖2.5 CAN總線下節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖2.4各模塊功能介紹本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為上位機(jī)，通過CAN總線完成對(duì)下節(jié)點(diǎn)的控制，以及與PC機(jī)之間的通信。下節(jié)點(diǎn)主要完成各個(gè)庫房的恒溫控制，通過庫房測(cè)溫點(diǎn)的溫度傳感器將庫房的溫度信號(hào)送到單片機(jī)，單片機(jī)將其溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比

5、較后控制空調(diào)調(diào)節(jié)庫房內(nèi)的溫度，使其達(dá)到設(shè)定的溫度，實(shí)現(xiàn)恒溫控制。動(dòng)態(tài)顯示電路用來顯示各個(gè)庫房的當(dāng)前溫度。第1章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1.1單片機(jī)的選擇圖3.1 AT89S52單片機(jī)引腳圖3.1.2單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)圖3.2 單片機(jī)時(shí)鐘電路和復(fù)位電路3.2鍵盤和顯示電路的設(shè)計(jì)圖3.3 下節(jié)點(diǎn)單片機(jī)鍵盤、顯示電路3.3直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)圖3.4 直流穩(wěn)壓電源電路3.4 RS232接口電路的設(shè)計(jì)在本電路設(shè)計(jì)中RS232接口電路主要功能是解決PC機(jī)與外部設(shè)備連接的電平轉(zhuǎn)換問題。圖3.5 MAX232芯片的引腳圖圖3.6 RS232接口電路圖3.5溫度傳感器模塊的設(shè)計(jì)3.5.1溫度

6、傳感器的選擇2DS18B20數(shù)字溫度傳感器3.5.2溫度傳感器電路設(shè)計(jì)傳感器采集到的溫度信號(hào)在極短的時(shí)間內(nèi)可能會(huì)受到干擾信號(hào)的作用而出現(xiàn)誤差，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)和加熱器的誤動(dòng)作。因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采集多個(gè)點(diǎn)的實(shí)際溫度值，并計(jì)算其平均值，然后用平均溫度值去控制壓縮機(jī)和加熱器的啟動(dòng)和停止。這一方面避免了干擾產(chǎn)生的誤差，另一方面，多點(diǎn)測(cè)量相對(duì)于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量更能正確反映庫房的實(shí)際溫度。單片機(jī)通過循環(huán)檢測(cè)傳感器，來控制庫房的實(shí)際溫度。如圖3.7所示。DS18B20與單片機(jī)的接口電路非常簡單。DS18B20只有三個(gè)引腳，在實(shí)際應(yīng)用中，只要在數(shù)據(jù)線上加一個(gè)上拉電阻4.7k接到單片機(jī)的I/O口上本次設(shè)計(jì)接在單片機(jī)的

7、P1.0，另外2個(gè)腳分別接電源和地。圖3.7 DS18B20與單片機(jī)連接圖3.6 CAN總線模塊的設(shè)計(jì)表3.1 PCA82C250引腳功能符號(hào)管腳功能TXD1發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端GND2地Vcc3電源RXD4接收數(shù)據(jù)輸出端Vref5基準(zhǔn)電壓輸出端CANH6低電平CAN電壓輸入/輸出端CANL7高電平CAN電壓輸入/輸出端Rs8斜率電阻輸入端二 CAN總線通信電路設(shè)計(jì)3.7控制電路的設(shè)計(jì)控制電路部分主要是通過光電耦合器和繼電器來實(shí)現(xiàn)的。圖3.9 溫度控制電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)的控制電路主要完成冷庫的制冷和加熱功能，冷庫的制冷是通過控制制冷壓縮機(jī)完成的，而加熱部分是通過控制電加熱器實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于溫度的加熱和制冷電

8、路原理是一樣的，只是設(shè)備不同而已。冷庫溫度的制冷和加熱控制電路如圖3.9所示。將傳感器檢測(cè)到的溫度與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果當(dāng)前溫度高于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)通過P20端口輸出一個(gè)低電平信號(hào)，從而使光電耦合器開始工作，繼電器K1開始工作，使K1處開關(guān)接觸閉合，這時(shí)制冷壓縮機(jī)開始工作，制冷壓縮機(jī)工作的同時(shí)讓單片機(jī)的P22端口輸出一個(gè)低電平信號(hào)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，使冷庫內(nèi)均勻制冷，從而達(dá)到了降低溫度的目的。當(dāng)前溫度低于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)通過P21端口輸入一個(gè)低電平信號(hào)，從而使光電耦合器開始工作，繼電器K2開始工作，使K2處開關(guān)接觸閉合，這時(shí)電加熱器開始工作，同時(shí)也控制風(fēng)機(jī)開始工作，讓室內(nèi)溫度均勻，從而達(dá)到升高溫度的目的

9、。第2章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 PC機(jī)監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)串行通信是微機(jī)之間常用的通信方法之一，由于串行通信編程靈活，硬件簡潔并遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)而在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。Windows現(xiàn)已成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的主流，在其環(huán)境下利用Microsoft公司推出的功能強(qiáng)大的 Visual Basic可視化的程序設(shè)計(jì)語言，開發(fā)出界面友好，操作簡便的多機(jī)串行通信軟件就顯得尤為重要了。對(duì)于用戶來說，此類可視化語言所開發(fā)出的界面友好、操作簡便;對(duì)于開發(fā)者來說，Windows提供了豐富的資源，VisualBasic提供了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的功能。本文利用 Visual Basic的強(qiáng)大功能，在Windows環(huán)境下方便的開發(fā)了多臺(tái)單片機(jī)的串行通信軟件。4.1.3PC機(jī)人機(jī)界面設(shè)計(jì)本次冷庫溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的PC機(jī)不僅要完成冷庫當(dāng)前溫度的顯示還要求能夠設(shè)置各個(gè)冷庫的溫度。根據(jù)要求設(shè)計(jì)的人機(jī)界面如圖4.1所示。圖4.1 PC機(jī)監(jiān)測(cè)界面該P(yáng)C機(jī)界面不僅能夠顯示6個(gè)冷庫的當(dāng)前溫度值，還能夠?qū)Ω鱾€(gè)冷庫的溫度進(jìn)行設(shè)定。各個(gè)冷庫均有一個(gè)設(shè)置按紐，點(diǎn)擊設(shè)置按紐會(huì)彈出如圖4.2所示對(duì)話框，在該界面可以通過鍵盤設(shè)置各個(gè)冷庫的溫度值，點(diǎn)擊保存后即可