工业控制网络课程设计(论文)_基于CAN总线的大棚温湿度检测节点设

工业控制网络课程设计（论文）

题目：基于CAN总线的大棚温湿度检测节点设计

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课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院教研室：自动化

注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

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摘要

针对以往温室内变量检测劳动强度大、精度低、范围小的现象，本文应用温度和湿度传感器，提出了基于CAN总线的温湿度检测节点设计方案。本设计详细分析了基于CAN总线的温湿度检测和节点通信原理，设计了单片机最小系统、CAN通信接口电路、温度传感器电路、湿度传感器电路、键盘电路和显示电路等模块。基于CAN总线的温湿度检测节点实现了温湿度的检测和实时显示，并可以与其它节点通信以便于温室内大范围的温湿度监测和控制，节点结构简单，便于拓展，降低了劳动强度，提高系统的实时性和可靠性。

关键词：CAN总线；单片机；温湿度检测；通信接口

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目录

第1章绪论 (1)

第2章课程设计的方案 (3)

2.1概述 (3)

2.2方案选择 (3)

2.2.1 单片机选型 (3)

2.2.2 温湿度传感器选型 (3)

2.2.3 总线控制器选型 (4)

2.3系统组成总体结构 (4)

第3章硬件设计 (6)

3.1单片机最小系统 (6)

3.2温度检测电路 (6)

3.3A/D转换电路 (7)

3.4湿度传感器电路 (8)

3.5键盘电路 (8)

3.6显示电路 (9)

3.7CAN接口电路 (9)

3.7.1 总线控制器 (10)

3.7.2 光电耦合器 (11)

3.7.3 CAN收发器 (11)

3.8电源电路 (12)

第4章软件设计 (13)

4.1主程序流程图 (13)

4.2SJA1000初始化程序流程图 (14)

4.3发送程序流程图 (14)

4.4接收程序流程图 (15)

第5章课程设计总结 (16)

参考文献 (17)

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附录 (18)

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第1章绪论

20世纪80年代末、90年代初兴起的现场总线技术引发了工业自动化领域的重大变革，它代表着工业控制网络技术的发展方向。现场总线控制系统(FCS)将集散式控制系统中集中与分散相结合的模式变成了新型的全分布式控制模式，控制功能彻底下放到现场，现场控制设备通过总线与管理层交换信息。在企业信息系统的层次上，整个企业信息网络可以分为现场控制层、过程监控层、生产管理层、市场经营层等多个层次。工业控制网络是控制技术、通信技术、计算机技术在企业现场控制层、过程监控层的综合体现，被称为工厂底层网络。目前，工业控制网络技术的应用已经推广到过程控制自动化、制造自动化、楼宇自动化以及交通运输等多个领域。

目前一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作现场总线控制系统(FCS)。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA 等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称为第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，它突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统的最显著的特征。

目前的现场总线技术有较强实力和影响的有：基金会现场总线FF(Foudation Fieldbus)、局部操作网络LonWorks(Local Operating Network)、过程现场总线Profibus(Process Field Bus)、HART协议、控制局域网络CAN(Controller AreaNetwork)和Dupline等。它们各具特色，在不同的应用领域形成了自己独特的优势。

CAN总线是德国Bosch公司在20世纪80年代初为解决汽车中大量的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。CAN能灵活有效地支持具有较高安全等级的分布式控制．其数据传输速度可达1Mbps，在汽车、煤矿安全检测、自动化仪表、智能楼宇、机械制造等领域应用广泛。本文介绍了一种基于CAN总线的智能温、湿度检测系统，可应用于不同的工业自动化领域。

近年来，温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用．国家科技部提出的工厂化高效农业示范工程，推动了温室监控技术的发展。但总体来讲，我国温室产业环境控制能力弱，自动化程度低，抵御自

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然条件能力差。这在很大程度上限制了温室总体效益的进一步提高。种植环境中的温度、湿度、光照度等环境因子，对作物的生产有很大的影响．传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，国内实现上述环境因子自动监控的系统还不多见，而引进国外具有多功能的大型连栋温室控制系统价格昂贵，不适合国情。

对温湿度的精确检测和远距离传输越来越受到人们的重视，针对这一情况，研制一种高精度、高稳定性、低成本且实用的分布式环境温湿度检测控制系统显得非常重要。而利用CAN总线实现远距离节点间和PC机的实时通信，具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便且便于功能扩展等优点，提高了管理水平和工作效率，所以将CAN总线应用于温室控制具有较好的前景。

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第2章课程设计的方案

2.1概述

本设计是一个基于CAN总线的大棚温湿度检测节点，节点采集温湿度模拟量信号送入主控制器，并将节点的主控制器连接在CAN总线上，可实现远程通信和监控。

应用场合：系统可应用于温室、粮食仓储、纺纱车间、图书馆等环境监测调节和报警监控等。

系统功能介绍：基于CAN总线的大棚温湿度检测节点可以实时检测温室内温度和湿度值，并可以进行键盘控制和实时显示温湿度值，主控制器可以与总线其他节点通信，温室总线检测范围可达到3000米，通信速率最高可达20bit/s。

2.2方案选择

2.2.1单片机选型

由要求可知，节点设计的主控制器为单片机，而单片机分为很多种，选择有以下两种方案。

方案一：主控制器选择16位凌阳单片机，该单片机具有语音处理功能、集成A/D和D/A模块，时钟频率比较高，具有较强的信息处理功能。

方案二：主控制器选择51系列单片机AT89S52，该单片机有8K字节Flash ROM，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

凌阳单片机集成度高，价格较贵，而AT89S52单片机应用普遍、技术相对成熟、价格低廉，完全可以满足本节点设计的要求，故选择方案二。

2.2.2温湿度传感器选型

方案一：选用DHT11作为温湿度检测模块。DHT11是一款数字输出的复合传感器，包含一个电阻式感湿元件和NTC式温度检测元件，可测20~90%RH湿度，误差5%RH，0~50摄氏度，误差2摄氏度。

方案二：选用LM35温度传感器和HS1101湿度传感器。LM35输出电压与摄word文档可自由复制编辑

氏温标呈线性关系，不需要额外的校准处理即可达到±1/4℃的准确率，输出可为电压或者电流信号。测量范围在0℃到100℃。

HS1101是电容式湿度传感器，可测相对湿度范围在0%~100%RH，误差为-\+2%RH，可以与555定时器构振荡电路输出与湿度对应的脉冲信号。

由上述数据可知，方案一的集成温湿度传感器 …… 此处隐藏：2356字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……