基于CAN總線的智能型溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計

線性電壓輸出式集成濕度傳感器HM1500采用濕敏電阻HS1101設(shè)計制造，其濕度測量范圍為5％～99％(相對濕度)；相對濕度精度為3％；工作溫度為-30～+60℃；工作濕度范圍為O％～100％(相對濕度)；供電電壓為5 V(最大電壓為DC 16 V)；可輸出DC電壓為1～4 V；響應(yīng)時間為5 s，適用于動態(tài)溫度測量。
由于該電路中沒有負(fù)壓，電路的主體采用差分式減法電路。通過設(shè)置R3，R4，R6，R7這四個精密電阻可調(diào)節(jié)增益，其輸出電壓的計算公式為：

圖3中R1可以用來消除由于傳感器差異而帶來的誤差。

2 CAN總線接口電路
本系統(tǒng)選取PHILIPS公司CAN總線控制器SJA1000以及收發(fā)器TJA1050，考慮到SJA1000是一種獨立的CAN總線控制器，同時支持CAN 2．OA和CAN 2．0B協(xié)議，通信速率可達(dá)1 Mb／s，能夠完成通信協(xié)議的所有要求。JA1050是CAN總線控制器與物理總線之間的接口，是一種標(biāo)準(zhǔn)的高速CAN收發(fā)器，其可以為總線提供差動發(fā)送性能，為CAN控制器提供差動接收性能。SJA1000主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路層的工作，把發(fā)送緩沖器的信息經(jīng)過處理后送到TJA1050，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后放到接收緩沖器等待微處理器的讀取，CAN總線接口電路框圖如圖4所示。

3 USB-CAN轉(zhuǎn)換模塊接口電路
由于計算機(jī)沒有專用的CAN總線接口，所以需要設(shè)計一個模塊單元將CAN總線上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成USB接口數(shù)據(jù)，模塊的一端接監(jiān)控計算機(jī)的USB接口，另一端接CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口。本系統(tǒng)設(shè)計選用Atmel公司的ATmega 162芯片。總線控制器SJA1000實現(xiàn)CAN數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，接收方式仍采用中斷方式；USB通信控制芯片F(xiàn)T245BM實現(xiàn)USB數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；ATF16V8負(fù)責(zé)對兩個接口芯片得地址進(jìn)行編碼。USB-CAN轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件主要包括：監(jiān)控PC機(jī)通信處理軟件、溫濕度控制算法軟件和現(xiàn)場測控節(jié)點數(shù)據(jù)采集與處理軟件。軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，分成若干相對獨立功能模塊，并為各模塊安排適當(dāng)?shù)娜肟诤统隹趨?shù)，使得模塊之間的相互連接組合靈活方便。系統(tǒng)軟件模塊主要由數(shù)據(jù)采集、溫度傳感器的線性化校正、鍵盤輸入、測量數(shù)據(jù)顯示、輸出控制、CAN總線通信等組成，各模塊在監(jiān)控程序的調(diào)度下協(xié)調(diào)工作。
4．1 通信處理軟件
采用Window XP SP3作為平臺、VC++語言進(jìn)行編程。包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控狀態(tài)設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收、本機(jī)狀態(tài)查詢、上下限報警、中斷接收數(shù)據(jù)管理等功能模塊。監(jiān)控PC機(jī)首先對CAN總線適配器及自身進(jìn)行初始化，然后發(fā)送命令通知特定節(jié)點向CAN總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，通過CAN總線適配器轉(zhuǎn)換后，由監(jiān)控PC機(jī)根據(jù)實際情況進(jìn)行相應(yīng)處理，監(jiān)控PC機(jī)采用定時循環(huán)掃描方式向各節(jié)點發(fā)布命令，采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。
4．2 節(jié)點軟件
節(jié)點軟件由初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收三部分組成。初始化程序放在主程序的最前端，考慮到系統(tǒng)對程序運行效率的要求，數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收采用中斷方式進(jìn)行。當(dāng)監(jiān)控PC機(jī)請求數(shù)據(jù)采集時，將采樣點所在區(qū)域的溫濕度和CAN節(jié)點狀態(tài)等數(shù)據(jù)傳送給上位計算機(jī)，完成溫濕度傳感器的采樣和控制算法。

5 結(jié) 語
基于CAN總線的智能型傳感器實現(xiàn)了對工業(yè)過程中溫濕度的自動測量，為實現(xiàn)自動化遠(yuǎn)程溫控濕控、保持環(huán)境溫濕度符合工藝要求提供了高效的測控手段。USB-CAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的使用，使數(shù)據(jù)的傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的RS 232轉(zhuǎn)換，而且支持“熱插熱拔”，使用方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。