（环境管理）基于CAN总线的温室环境温度监测系统设计.

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1、上海工程技术大学毕业设计（论文） 基于 CAN 总线的温室环境温度监测系统设计 （环境管理）基于 CAN 总 线的温室环境温度监测系统 设计 目录 摘要 ABSTRACT 0 引言 1 绪论 1.1CAN 总线特点及国内外应用现状 1.2 课题的提出和解决 1.3 课题的主要任务 2 系统总体方案设计 2.1 概述 2.2 方案选择 2.2.1 单片机选型 2.2.2 温湿度传感器选型 2.2.3 总线控制器选型 2.3 系统组成总体结构 3 硬件设计 3.1 单片机最小系统 3.2 温度检测电路 3.4 键盘电路 3.5 显示电路 3.6CAN 接口电路 3.6.1 总线控制器 3.6.3C

2、AN 收发器 4 软件设计 4.1.2 下位机通信模式 4.2 主程序流程图 4.3MCP2515 初始化程序流程图 结论 参考文献 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 总线的温湿度测控系统设计方案。 本设计详细分析了基于 CAN 总线的温湿度检测和系统的通信原理，设计 了单片机最小系统、CAN 通信接口电路、温湿度传感器电路、键盘电路、 显示电路和报警电路等模块。基于 CAN 总线的温湿度测控系统实现了温 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

3、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 DesignofGreenhouseEnvironmentMonitoringSyste mBasedonCANBus ABSTRACT Forthevariabledetectionoflaborwithinthepastgreenhouseintensity,lo waccuracy,asmallrangeofphenomena,thispaper,temperatureandhu miditysensors,temperatureandhumiditymonitoringandcontrolsyst

4、e mdesignbasedontheCANbus.Thisdesign,adetailedanalysisofthetem peratureandhumiditytestingandsystemsbasedonCANbuscommunic ationtheory,thesmallestsingle- chipsystem,CANcommunicationsinterfacecircuits,thetemperaturese nsorcircuit,thehumiditysensorcircuit,thekeyboardcircuit,displaycircu it,andalarmcircu

5、itmodule.Detectionandreal- timedisplayoftemperatureandhumidity,temperatureandhumiditymo nitoringandcontrolsystembasedonCANbusandcancommunicatewith othernodesinthegreenhousesothatawiderangeoftemperatureandhu miditymonitoringandcontrol,thenodestructureissimple,easytoexpan d,reducelaborintensityandimpr

6、ovethereal- timeandreliabilityofthesystem. Keywords:CANbus，microcontroller，temperatureandhumiditytesti ng，communicationinterface 基于 CAN 总线的温室环境监测系统设计 张春林 0212092919 0 引言 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

7、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 420mA 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

8、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(FoudationFieldbus)、局部操作网络 LonWorks(LocalOperatingNetwork)、过程现场总线 Profib

9、us(ProcessFieldBus)、HART 协议、控制局域网络 CAN(ControllerAreaNetwork)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。 近些年来

10、，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

11、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。 1 绪论 1.11.1 CAN 总线特点及国内外应用现状 目的现场总线在美国和欧洲等发达国家和地区发展迅速，并已 有较多的应用范例。国内的大学和一些公司也正致力于基于 CAN 总线的系统开发。在汽车信号传输，电力监控，楼宇智能化，工业 测控，安防等领域有着广泛的应用，现场总线的主要优点： (1)增强了现场级信息集成能力； (2)开

12、放式、互操作性、互换性，可集成性； (3)系统可靠性高、可维护性好； (4)降低了系统及工程成本。 现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用 到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有 一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数 据存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中，处 理机的成本占系统成本的比例高达 20%，而对于这些小型的系统来 说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追 求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用成本低廉的单片 机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统是非 常适合的。 单片

13、机，又称微处理器，已经应用到各行各业，制造单片机的半导 体厂家也从十几年前的屈指可数的几家发展到现在的几十家甚至更 多。不同厂家提供了基于不同架构平台，具备不同功能特点的单片 机，这就使得我们根据具体设计的要求，挑选一款最合适的芯片进 行系统开发，在满足功能要求的同时最大限度地降低成本。 本文介绍的温湿度实时监测装置的监测范围在 0-50和 20%- 95%RH(相对湿度)间，可设置温室环境温湿度的上下限值，若超出 温湿度设定值，并可通过报警系统通知工作人员。 另外，本系统中还应用了 CAN 总线通信协议，使得通信距离比以 前的温湿度控制系统更远、更实用。 1.21.2 课题的提出和解决 随着

14、科技的发展和人们生活水平的提高，温室的管理也越来越 智能化。它采用传感技术、计算机技术和现代通信技术，实现对温 室实行综合自动管理，具有各种安全保护、运行监控等管理功能， 给植物提供舒适、安全的内部环境。温室的温湿度必须常年控制在 某一特定的范围内，实现温湿度控制智能化。同时时由于温湿度设 定的模糊性和个体差异性，需要有一种智能化的设定方法，来实现 温湿度没定值的自动匹配。 本文介绍的温湿度监控系统，基于 CAN 总线，采用单片机作 为智能节点控制器，系统通信可靠、快捷，硬件电路设计和软件编 程简单，能较好地满足对环境温湿度监控的智能化要求。 1.31.3 课题的主要任务 综合以前所学知识，利

15、用电路 、 电子技术 、 单片机的原理与 应用等知识，然后查阅国内外关于检测与传感技术以及语音报警 等方面的发展动态和已有的技术，设计一个基于 CAN 现场总线的 温室温湿控制系统设计，因此达到如下要求： 1.通过本课题硬件设计，可以使我们了解检测与传感技术的基本原 理和报警系统的使用方法。 2.能够灵活的运用单片机进行其他各种控制电路的设计开发。通过 本课题软件编程能提升我们对单片机的编程水平，能够具有一定的 编程技能。 3.通过课题设计能让自己将所学的知识综合应用,了解本专业在社会 中的应用价值,掌握更多的专业外语知识,增加见识,增强实践能力,创 新能力和综合分析问题能力,学会使用专业软件

16、,特别是专业画图软件， 另外，在熟练的使用计算机基础上,提高了自己检索资料和利用知识 的能力,更新知识,让自己养成良好的学习习惯和严谨的工作风。 4.通过 CAN 总线串口通信协议的学习、使用，能使我从实践层面了 解了通信协议理论知识的应用及作用，为以后更好的学习、应用单 片机编程打下了基础。 5.详细分析课题任务书，对温室温湿度控制的历史和现状进行分析， 并对温湿度传感器的原理进行深入的研究，将其综合。然后根据课 题任务书的要求设计出实现控制任务的硬件原理图和软件，并进行 仿真调试。 2.系统总体方案设计 2.12.1 设计要求 随着科技的进步和时代的发展，温室环境在人们的生产和生活 中扮演的角色越来越重要。因此在现代的生产和生活中对温室环境 进行监测便有了十分重要的意义。但是，目前常用的温湿度监测系 统大多存在至少两大缺点：其一，使用的通信网络可靠性低，抗干 扰能力差，成本高；其二，线路上传送的是模拟信号，易受干扰和 损耗。为了克服这些缺点，本文提出了将目前最有前途之一的 CAN 总线技术与数字化传感器技术结合起来的