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1、学 士 学 位 论 文系 别： 计算机科学与技术 学科专业： 计算机科学与技术 姓 名： 运 城 学 院2012年 06月基于CAN总线的数据采集控制系统开发系 别： 计算机科学与技术 学科专业： 计算机科学与技术 姓 名： 指导老师： 运 城 学 院2012年 06月基于CAN总线的数据采集控制系统开发摘要：随着计算机网络的发展，越来越多工业现场过程参数的传输控制开始采用现场总线技术，其中CAN总线由于其布线简单，通信控制实时，系统维护方便等优越的性能已被广泛地采用。本系统设计一种基于CAN总线的数据采集控制系统。系统硬件主体采用AT89S52芯片为微控制器，MCP2515独立CAN控制器为
2、CAN通信控制器，将它们两组合一起构成多个CAN节点（总共3个节点，分别命名为A1、A2、B），其中A1板接一个18B20温度传感器，B板接一个1602液晶显示器。系统软件采用模块化设计，分为上位机程序模块（物理实现于B板上）、数据采集处理模块和CAN通信模块。系统运行结果是无论是A1板发送的温度数据信号，或者是A2板手动发送的中断信号，在数码管上都能正确显示，实现了CAN节点间的分时通信。关键词：CAN总线 数据采集 通信The Development of Data Acquisition and Control System Based on CAN BusAbstract: With
3、the development of computer network, more and more transmission control of parameters of process in industry employs field-bus technology, in which because of simple wiring, real-time control of communications, and convenient maintenance, has been widely adopted. In this paper I have designed a data
4、 acquisition and control system based on CAN bus. In the system, AT89S52 chip is chosen to be the micro controller, and MCP2515 is used as the CAN controller, so that they can be combined to form multiple CAN nodes (a total of three nodes, respectively, named A1, A2, B), where A1 board connects a 18
5、B20 temperature sensor, and B board connects a 1602 LCD monitor. The software system is modular in design, divided into a host computer program module (physical realization in the B board), data acquisition and processing module and CAN communication module. The running result of the system is wheth
6、er the temperature data signal sent by A1 board or the interrupt signal sent by A2 board can be correctly displayed in the digital pipe. So, time-sharing communication between the CAN nodes is realized.Keywords: CAN Bus Data Acquisition Communication目 录前 言1第1章 方案设计与论证21.1 任务要求21.1.1 设计任务21.1.2 设计要求2
7、1.2 总体设计方案21.3 CAN控制器的选定31.4 微控制器控制模块的选定31.5 温度传感器模块的选定31.6 数码管显示模块的选定41.7 电源模块的选定41.8 最终方案4第2章 硬件设计52.1 系统工作原理及功能简介52.2 AT89S52微控制器的简介52.3 MCP2515独立CAN控制器的介绍62.4 CAN总线概述72.4.1 CAN协议的背景72.4.2 CAN协议的原理72.5 DS18B20温度传感器82.6 1602液晶显示器92.7 CAN总线现场的整体设计102.7.1 单片机引脚的设定102.7.2 整体设计10第3章 软件设计113.1 CAN总线系统总
8、体流程113.2 程序流程图123.3 部分功能代码14第4章 测试结果17结 论18致 谢19参考文献20 基于CAN总线的数据采集控制系统开发前 言自从德国BOSCH公司在20世纪80年代提出汽车CAN总线通信网络的概念之后，经过三十多年技术上的积累更新和需求上的变化发展，CAN总线已经成为车载网络通信的主流方式。然而由于它在应用层协议方面未做统一，直到今天，依然没有完全统一的应用层通信协议。大多数有实力的汽车生产商都凭借自己独特的设计生产技术来制定吻合本公司使用的应用层协议。然而，在国内汽车领域，汽车专业人才对CAN的研究还只处在发展的开端，CAN总线的应用相对欧美国家来说就更落后了。简
9、言之，CAN总线技术在国内的发展现在仅处于国际轨道的起跑线上。根据国内技术的发展规则来看，似乎大部分创新性的技术只有在一些国家级的研究机构或者国家顶尖的高校才更可能取得良好的发展与应用，然而，我本着网络资源的共享性与自己对通信技术的痴迷，挑战了一次规则，对CAN总线通信协议进行了深入研究。CAN(Controller Area Network)总线，即控制器局域网总线，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。由于其高性能、高可靠性、及独特的设计和适宜的价格而广泛应用于工业现场控制、医疗器械、智能楼宇、交通工具等领域，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。CAN总线规范已被ISO制订
10、为国际标准ISO11898，并得到了众多半导体器件厂商的支持，推出了各种集成有CAN协议的产品，包括单独的可编程CAN控制器的MCU（如Philips公司的P8XC5XX2系列单片机）1。CAN总线系统智能节点一般由单片机和CAN控制器两者组成，前者的优点是单片机的选择范围比较灵活，在对软件和接口稍作修改的基础上，不需要更换单片机就可以实现CAN总线通信。本文选择AT89S52芯片为微控制器，MCP2515独立CAN控制器作为本系统的CAN控制器，将它们俩组合构成三个CAN智能节点。三个节点之间保持互相独立，但互相之间又能通信，因此，他们的关系是分工合作关系。最后，本系统实现了在CAN总线上的
11、分时通信，成为了一个完整且稳定的数据采集控制系统。第1章 方案设计与论证1.1 任务要求1.1.1 设计任务构建CAN总线构架的数据采集控制系统，包括传感器、执行器和显示层。通过CAN通信接口构成总线配置/数据采集/控制层，总线配置/数据采集/控制层与智能仪表CAN节点层之间及各层次内部通过CAN总线通讯，仪表层的信号转换成CAN线性总线数据，传给总线配置/数据采集/控制层的上位机，完成数据采集和控制。系统设计任务如图1.1所示。 CAN节点传感器总线配置、采集和控制节点CAN节点执行器CAN节点显示器 图1.1 系统设计任务1.1.2 设计要求1总线上的节点能发送信号，也能接收信号，通信方式
12、采用一对多方式；2总线上有两个节点同时需要发送信息时，应比较两个待发送数据帧的标识符位场的大小以进行仲裁；3总线上可以任意挂接多个节点，而不需要改变待挂接节点的软硬件。1.2 总体设计方案总体方案为：在整体上分为两大模块，分别是CAN节点和CAN总线。系统方案如图1.2所示。图1.2 系统设计方案其中A1、A2和B都是由微控制器与CAN独立控制器组成的CAN节点，其中A1外接了一个温度传感器用于采集周围的温度，B板外接一个数码管显示器用于显示温度传感器采集到的温度，A2板用于向总线手动发送摁键中断信号。1.3 CAN控制器的选定独立CAN总线控制器常用的有SJA1000和MCP2515两种，下
13、面将之做一个比较。SJA1000：主要用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制。PHILIPS半导体公司PCA82C200 CAN控制器（BasicCAN）的替代产品，而且它增加了一种新的操作模式PeliCAN，这种模式支持具有很多新特性的CAN2.0B协议。MCP2515：最大的优点是价钱便宜，与单片机是通过SPI接口的，接线简单只需要4根线即可23。综合考虑，出于项目效率与经济效益两大因素，在此设计中采用MCP2515。1.4 微控制器控制模块的选定由于AT89S52是一种低功耗，高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器
14、技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。所以，选用AT89S52就作为本项目的微控制器4。1.5 温度传感器模块的选定由于在工业现场中，安装的传感器最好耐磨耐碰，体积小，接线方便，易于封装，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。所以，在此选择DS18B20数字温度传感器。1.6 数码管显示模块的选定本设计中选择LCD1602液晶显示器，因为1602是字符型液晶，能显示字母与数字，控制简单，成本较低5。1.7 电源模块的选定方案1：采用专用的外接电源模块给B母版供电（A1、A2也行）。方案2：A1节点采用A1母版上的CMOS电池供电，A2、B节点一样，考虑到AT89S52的电压极性引脚数不够，所以使用了CAN接线板，它上面提供了两排电压极性引脚，一组可作为CAN总线的CAN.H与CAN.L使用，一组便可作为扩展的电源引脚使用，这样，1602液晶显示器与18B20温度传感器就被供电了。综合考虑上述方案，并且考虑到现场的移动性，狭窄性，因此，本设计选择方案2。1.8 最终方案经过反复论证，我们最终确定的方案如下。1采用AT89S52单片机作为控制核心；2采用MCP2515控制器作为CAN控制器；3采用18B20温度传感器采集CAN现场温度；4采用LCD1602
