基于STM32和CAN總線的溫度監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：介紹基于STM32和CAN總線的溫度監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，通過上位機(jī)與下位機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的監(jiān)控。
關(guān)鍵詞：STM32；CAN總線；Delphi；PT100；SD卡；FATFS文件系統(tǒng)

0 引言
現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域通常要測量很多信號，并將其轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以識別的二進(jìn)制信號，并利用計(jì)算機(jī)監(jiān)視和記錄各種測量的信號。這個(gè)過程就要涉及到信號的采集和處理。CAN總線是一種串行多主總線，它卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備
的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。本文介紹了基于STM32和CAN總線的溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過上位機(jī)與下位機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的監(jiān)控，并經(jīng)初步實(shí)驗(yàn)達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

1 系統(tǒng)總體方案概述
系統(tǒng)總體框圖如圖l所示，本系統(tǒng)采用主站+從站的結(jié)構(gòu)，CAN主站主要實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的存儲以及CAN總線協(xié)議和串口協(xié)議之間的橋接，CAN 從站主要實(shí)現(xiàn)溫度的采集。CAN從站采集的溫度，經(jīng)過CAN總線傳送到CAN主站，主站將各從站的溫度值傳送到系統(tǒng)上位機(jī)中。上位機(jī)對各點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線顯示并進(jìn)行存儲，上位機(jī)可以設(shè)定報(bào)警值，當(dāng)節(jié)點(diǎn)溫度超過設(shè)定值的時(shí)候，上位機(jī)發(fā)出報(bào)警聲。在沒有上位機(jī)的場合，主站將數(shù)據(jù)以文本文檔的形式存儲在主站的SD卡中。



2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 CAN主站硬件設(shè)計(jì)
主站電路如圖2所示，主要有電源模塊、STM32模塊、CAN收發(fā)器模塊、RS232串口模塊和SD卡模塊。


其中STM32模塊由STM32F103RBT6和周邊時(shí)鐘、復(fù)位、調(diào)試等組成。電源模塊由外部輸入+5V電壓，經(jīng)線性壓降A(chǔ)MS1117-3.3V后供 STM32使用。CAN收發(fā)器模塊采甩NXP的高速收發(fā)器TJA1040，TJA1040是PCA82C250的替代品，它完全符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)，具有高速、低功耗、低電磁輻射的優(yōu)點(diǎn)。RS232電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX3232，它具有低功耗、高數(shù)據(jù)速率以及增強(qiáng)型ESD保護(hù)等特性。采用專有的低壓差發(fā)送輸出級，+3.0 V至+5．5V供電時(shí)利用內(nèi)部雙電荷泵保證RS-232性能。工作時(shí)，電荷泵僅需要四個(gè)100 nF的小電容。SD卡模塊采用四線制SPI總線與SD卡相連接。
2．2 CAN從站硬件設(shè)計(jì)
從站電路如圖3所示，主要有電源模塊、STM32模塊，CAN收發(fā)器模塊，PT100模塊和從站地址選擇模塊。
其中電源模塊、STM32模塊和CAN收發(fā)器模塊與CAN主站相同。PT100模塊，采用傳感器測量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號的穩(wěn)定性，電橋的輸入電壓通過TL431穩(wěn)至2．5V。從電橋獲取的差分信號通過兩級運(yùn)放放大后輸入STM32的AD輸入口。從站地址選擇模塊由8位撥碼開關(guān)組成，連接到 STM32 I／O的PC6-PC13。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件由CAN主站軟件、從站軟件以及Delphi上位機(jī)軟件構(gòu)成。其中CAN主站和從站程序用C語言編寫，上位機(jī)程序用Obieet Pascal編寫。
3．1 CAN主站軟件設(shè)計(jì)
CAN主站的功能是發(fā)送遠(yuǎn)程幀向從站查詢數(shù)據(jù)、通過AD的轉(zhuǎn)換結(jié)果計(jì)算芯片內(nèi)部溫度傳感器的溫度值、接收從站發(fā)送的數(shù)據(jù)幀、發(fā)送溫度數(shù)據(jù)到上位機(jī)或存儲數(shù)據(jù)到SD卡。CAN主站程序如圖4所示。