分布式远程温湿度智能监控系统的设计与研究毕业设计.doc

计算机信息工程学院毕业设计说明书 分布式远程温湿度智能监控系统的设计与研究 摘要摘要 现在许多大型企业拥有多个仓库，并且全都散落在不同的地点 ，这样对于仓库的 温湿度监测很难运作。由于传统的温度和湿度监测系统的布线繁琐，传输距离有限， 不能解决实际问题。目前，分布式系统的主要发展方向是计算机控制系统 。 本文利用已经被广泛利用的 CAN 总线通信设计出的监控系统， CAN 总线通信系统 主要有抗干扰性，节点控制多，通信距离远等特点，在设计中，主要模拟两个节点 之 间的相互监控，主机通过总线控制器 MCP2515 和驱动器 TJA1050 连接到 CAN 总线上， 从机通过控制器 SJA1000 和驱动器 82C250 也连接到 CAN 总线上。从机检测到当前温 湿度送给 STC89C52RC 单片机处理后，发到总线上，主机收到信号，给出相应的显示和 温度报警等操作。 在本文中对各种监控系统的优劣性和适用场合进行了分析，得出了最合理的监控 系统的设计方案。设计了基于 CAN 总线的监控系统，实现了在多节点，环境恶劣，通 信距离远等不同场合的应用。论文主要介绍了各种芯片的硬件设计和软件设计，勾画 自己的设计与研究思想。使设计出最简便、经济的系统。 关关键键词词：CAN 总线；STC89C52RC 单片机；DS18B20；SJA1000 控制器；MCP2515 控制 器； 计算机信息工程学院毕业设计说明书 DESIGN AND RESERCH OF DISTRIBUTED INTELLIGENT REMOTE TEMPERATURE AND HUMIDITY MONITORING SYSTEM Abstract Nowadays many large companies have multiple warehouses. All of the warehouses are scattered in different locations, which is difficult for us to monitor the temperature and humidity of the warehouses. Due to the traditional wiring of temperature and humidity monitoring system is cumbersome and transmission distance is limited, the practical problems can not be solved .Currently; the main development direction of the distributed control system is a computer-control system. In this paper, the use of CAN bus communication has been widely used in the design of the monitoring system, CAN bus communication system has immunity, control of multi- node communication distance and other characteristics. In the design, the mainly simulated two-node communication, the host connect to the CAN bus through bus controller MCP2515 and driver SJA1050,the sub-host also connect to the CAN bus through controller SJA1000 and driver 82C250. Then the sub-host detects the current temperature and humidity and deliver the data to the STC89C52RC microcontroller. When the host receive the signal from the host, it will give the corresponding temperature display and alarm operation. This paper mainly analyzed the advantages and disadvantages of various monitoring systems in various occasions and reached the most reasonable monitoring system design. Designed a monitoring system based on CAN bus, realized the application in different occasions of a multi- node, harsh environment, communication distance. This paper introduced the hardware and software design of various chip, sketch their design and research ideas, then designed the most simple and economical system. Keywords: CAN bus; STC89C52RC microcontroller; DS18B20; SJA1000 controller; MCP2515 transceiver 计算机信息工程学院毕业设计说明书 I 目目 录录 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1.1 课题背景及其意义1 1.2 国内外研究现状1 1.2.1 基于 RS485 总线的监控系统 .2 1.2.2 基于以太网的监控系统 .3 1.2.3 基于 CAN 总线的监控系统 .4 1.3 本设计的实用价值4 1.4 设计的理论意义5 1.5 本课题的主要内容和结构5 第第 2 2 章章 CANCAN 总线技术总线技术 6 2.1 CAN 总线介绍 6 2.2 CAN 总线报文介绍 7 第第 3 3 章章 硬件设计硬件设计 10 3.1 系统硬件设计方案.10 3.1.1 控制模块（STC89C52RC） 10 3.2 从机的硬件设计.12 3.2.1 CAN 控制器（SJA1000） 13 3.2.2 CAN 收发器（82C250） .16 3.2.3 测温模块（DS18B20） .18 3.2.4 测湿模块（HS1101） 24 3.3 主机的硬件设计.27 计算机信息工程学院毕业设计说明书 II 3.3.1 CAN 控制器（MCP2515）27 3.3.2 CAN 收发器（TJA1050）27 3.3.3 控制电路（数码管和蜂鸣器） 27 第第 4 4 章章 软件设计软件设计 29 4.1 从机的主程序设计.29 4.1.1 温度采集模块（DS18B20） 29 4.1.2 测湿模块程序设计 30 4.2 CAN 控制器模块（SJA1000） 31 4.3 主机的主程序设计.33 4.3.1 报警及显示模块 .34 第第 5 5 章章 系统的生成以及调试系统的生成以及调试 35 5.1 KEIL 的烧写 35 5.2 调试和总结.35 结论结论 36 致谢致谢 37 参考文献参考文献 38 计算机信息工程学院毕业设计说明书 III 前前 言言 在现代的工业、农业和通信系统中，各种复杂的环境 （包括温度、湿度）都会影 响设备的安全，甚至在人员进出时不能确定内部的情况而 对人身安全都不能确保。所 以在现代科技领域中，监控系统也应运而生。与传统的人工检测方法相比较，在测量 时间、测量精度、实时性都有了质的飞跃。但是在控制系统的选用上，人们还要解决 成本、体积复杂情况下的实时性和安全性等问题。 而小型单片机系统能有效的解决了 这些问题。尤其在通信问题也至关重要 ，而 CAN 总线更符合工农业的通信科技的发 展。 随着科技的发展，无论是科研，工业，农业还是实验室器材的保养，温湿度监控 与之有着密不可分的关系。而对于监控的精度和实时性要求也越来越高，在本设计中， 就是从测量精度和控制的实时性上进行测量、监测和控制的设计和研究，而测量主要 用了 HS1101 湿度传感器和 DALLAS 公司的数字温度传感器 DS18B20，监测主要用 了数码管显示和蜂鸣器报警，控制主要用了空调，加湿机等装置。 如果运用于实际， 只需在总线上添加监测点，就可以实现分布式远程监控系统。 在现代社会信息科技的不断迅速发展中，计算机技术 和温湿度敏感元器件的高速 更新，使得温湿度的测量正朝着自动化、 智能化方向发展。在室内温湿度的监控中， 温湿度测量的出现使得产品的保养达到更好、使用周期更长、性能保持更好。所以 温 湿度测控有着广阔和应用发展空间 。 计算机信息工程学院毕业设计说明书 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.1 课题背景及其意义课题背景及其意义 在早期，人们常用的方法是用人员对库房进行相关的温度，湿度的监测，但是人 工读取数值有很大的误差和操作 等错误原因，所以这种方式在测量温湿度时不仅速度 慢，而且准确性很低，使样品不具有代表性，更使 监测结果失去了其原来的意义，而 且在控制当时的温度，湿度时不能根据实际情形及时 做出正确的操作。在局限性上也 有很大的漏洞，比如在某些场合，要测量地下设施的表面温度时，工作人员不可能测 量到直接的数据，在具有危险的库房中测量人员还要冒着一定的风险去提取测量温湿 度。在这样一个环境下将会损失很多的物力，财力和人力。 随着电子技术的飞速发展，温度与湿度传感器 开始替代那些原始的温度计湿度计 ， 出现了以单片机为监控核心的小型系统，它的监控还可以完成预先设定的温度范围， 报警，温度和湿度补偿功能 等诸多功能。数字温度传感器直接读取数字内容，改善了 在长距离传输问题和转移过程中温湿度的数据不稳定现象 ，如由于干扰衰减问题的精 度损失。而单片机上地址编码又解决了库房分散而不利于温湿度监控的问题。计算机 的快速高效精确的运作解决了因为人为因素而导致的实时性和误差 性问题。在数码管 上显示结果，单片机可以直接控制温湿度并监测。 以这种监控系统，大大提高了工作 效率，而且大大扩大了在温度和湿度监测中范围上的 应用。 分布式温湿度监控系统的设计与研究，对当前具有很大的意义，对工业、农业及 第三产业的发展都有不可估量的作用，是现行发展和未来发展的大体趋势， 对占领国 际领先水平和科技战略至高地位的 具有重要意义，尤其是对工业自动化的进步和经济 发展有着无法估计的重要性。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 对于温湿度的测量和控制技术在中国起步较晚， 在二十世纪八十年代，工程技术 人员才开始掌握计算机控制技术在温度测量和监控系统的应用。就这样 我国温度监控 系统的计算机运用，在总体上正从学习、简单的实验应用阶段向各种场合的实际运用， 合理运用阶段跨越和发展。但是在我国，温度监测和控制的情况还远远没有达到工厂 所要求的程度，在和发达技术国家相比较，还是有一段较大的 距离要克服。比如仍然 有很多技术问题：装备设施能力低，工业化程度低，控制水平的不完善， 硬件和软件 资源不能共享、可靠性差等 缺点。 目前，迅速发展的单片机技术，为解决工、农业自动化方面应用的瓶颈问题提供 了有效的途径，但是当前温湿度监控的种类也是非常多， 如 RS485 总线的监控系统、 以太网监控系统、CAN 监控系统等。 计算机信息工程学院毕业设计说明书 2 1.2.11.2.1 基于基于 RS485RS485 总线的监控系统总线的监控系统 RS485 总线作为一种多电气规格分数据传输，已经成为行业标准通信接口的应用最 为广泛的通信接口之一。它具有其它总线不能与之媲美的优点：它具有的抗噪声的能 力，通信传输速率快，可靠性及电缆长度距离足够远，多点双向通信时它能够简单的 在一根总线上进行传输等特点。虽然 RS485 总线有很多优点，但是不足之处也很多， 比如通信容量少（只能最多接入 32 个设备） ，长距离的通信速率低，动力消耗大，只 有串行电缆，不构成任何分支的星型 等任意分支，如果每个节点的失败可能导致完全 或通信网络的局部瘫痪。 图 1-1 是基于 RS485 总线的监控系统。它主要的模块单元为 DS18B20 采集温度信 号，主控制器为 C51 单片机节点。如果 RS485 接口两点之间实现通信，需要两对平衡 差分电路来实现差分接收和平衡发送。采用 MAX285 芯片来实现将 TTL 电平到 RS485 总线需要电平的转换，一般 RS485 应用四线或者两线的方式进行连接。因为 MAX485 只能工作在半双工的状态下，所以要实现 节点之间的控制只要 C51 单片机的一个 I/O 口就可以了。而一般 RS485 总线收到每个节点的信号后，将会传输个给上位机，通过 上位机调控各个控制节点。但是控制节点之间相互通信只能有一个主控制器，所以不 能支持一点对多点的有效的相互之间进行数据的通信。 485总线 单片机单片机 温湿度传感 器 温湿度传感 器 485接口485接口 除湿机 空调机空调机 除湿机 PC机 图 1-1 基于 RS485 总线的监控系统 只能使用半双工模式下的 RS485 总线，无论什么时候只能有一个节点处在发送状态， 所以电路由使能信号发送控制。RS-485 多点互连非常方便，可以节省大量的信号线。虽 计算机信息工程学院毕业设计说明书 3 然 RS485 比以往的 RS232 有了很大的改进，但是 RS485 你有很多不可避免的缺点，比 如在工业应用中主机只能有一个，且需要单点接地，否则电压不能一致，导致共模干扰。 所以 RS485 总线在未来的工业应用中范围将会越来越不能满足工业发展的需要。 1.2.21.2.2 基于以太网的监控系统基于以太网的监控系统 所谓的以太网监控系统就是运用于分布式监控系统的以太网技术。目前在以太网 技术飞速发展的今天，使得越来越多的监控系统选择通过 Internet 和 Web 服务器进行 相互之间的通信。实时性，互操作性和网站的其他方面完全能满足各种监控系统的需 求，无需专线，也不用铺设现场总线就可以使用以太网监控系统，在通信方面，可充 分利用广泛存在的以太网资源。 但目前的以太网技术，如果直接应用于控制仍有很大的差距和不足的领域 。通信 的不可靠因素，存在控制实时性低等诸多障碍。 其次，缺乏统一的应用层协议，导致 来自不同制造商的设备之间缺乏互操作性 。再次，目前的以太网设备在复杂的环境中， 可靠性不能很好的保证。最后，以太网的安全性较差，会受黑客、病毒等攻击，造成 信息的泄漏。然而，随着社会的不断发展和工业以太网技术的改进，我相信，这些问 题必将逐步解决。而这项技术必将在未来前景中 一定会有很好的发展。 图 1-2 是以太网通信原理图。它主要的模块单元为 DS18B20 采集温度信号，主控 制器为 C52 单片机。以太网使用相同的载波侦听多路访问 /碰撞媒体访问方法和物理层 规范的检测。网络中的各个节点都能自主地决定数据帧的接收与发送 ，并通过通信网 络节点的计算机可以有效地完成控制。 温湿度传感器 单片机 RS485转TCP/IP 协议转换器 局域网PC机 空调 除湿机 图 1-2 以太网通信原理图 基于 TCP/IP 的以太网的监控系统是拥有能兼容各种不同的小型系统、相互操作性 良好等特点组成的标准开放式网络，能方便的与计算机和服务器相连接，但是在环境 特别复杂和恶劣的情况下，尤其是强干扰的情况下，传输数据的可靠性还急需改善， 还有在网络负载很重的条件下可能出现网络瘫痪的问题等。所以以太网技术现在还 很 难取代总线通信在实时性和确定性方面的要求。还有就是在工业中要求的是简单经济 计算机信息工程学院毕业设计说明书 4 实惠，但是以太网的价格昂贵且长时期需要人员维修，在应用中不是很广泛。 1.2.31.2.3 基于基于 CANCAN 总线的监控系统总线的监控系统 CAN 监控系统的设计要求以最小成本及可靠性来接收和处理温湿度数值，而单片 机系统可以减少系统的成本和人员开发周期，并能对不同节点的不同数据的 进行采集， 根据当前的实际情况进行相应的 温湿度调整。如今这种监控系统广泛运用于工农业中， 如图 1-3 就是当前主要用于工农业的基于 CAN 总线的分布式远程温湿度监控系统。 上位机 CAN适配器 CAN驱动器 82C250 CAN驱动器 82C250 CAN控制器 SJA1000 CAN控制器 SJA1000 单片机单片机 温度传 感器 湿度传 感器 空调降 湿机 温度传 感器 湿度传 感器 空调降 湿机 图 1-3 当前基于 CAN 总线的分布式远程温湿度监控系统 基于 CAN 总线的监控系统能在恶劣环境中保证数据的稳定性和实时性，而且在工 业运用中很经济实惠，在安装裁剪控制节点时都能简单操作，在将来工业通信中有很 大的发展前景。所以本设计将研究并设计基于 CAN 总线的监控系统。 1.3 本设计的实用价值本设计的实用价值 在当前社会，自动化控制在科技发展的今天 显得越来越重要，而在远程控制中， 通信技术又是其中的灵魂，它们代表了一个国家的科技发展水平 。分析整个社会的发 展现状，可以看出，一个现代化的国家在工业自动化控制必须要踏进世界先进行列， 这样才能满足当前与之匹配的工业化发展的需求。 随着企业的发展，企业对于仓库管理上，要求也越来越严格，为了保障库房产品 及零配件的安全，在温湿度控制上要求更实时控制。科技与工业需求 共同发展，为了 很好的解决这个问题，分布式监控系统可以直观的通过中央处理器来完成对数据的采 集，控制和报警等功能。而各节点之间通过 CAN 总线更能实时传递温湿度信息。避 计算机信息工程学院毕业设计说明书 5 免了因为环境影响而使精密仪器受到损坏。使企业的经济得到保障。 1.4 设计的理论意义设计的理论意义 本文主要介绍了 CAN 总线的监控系统，可以实时掌握各节点的温湿度信息，保障 库房的安全。在设计中，主要研究的难点是：完成监控系统的硬件和软件设计， 各节 点之间的 CAN 通信，节点中各模块器件的特性研究等。所以本设计的实际意义在于： （1）监控系统的自动化控制改变了以往人员利用温湿度计的测量，使 测量值更 具有可靠性和代表性。 （2）避免了因为人员读数误差，或者反应不及时而导致的经济损失，只要中央监 控系统有工作人员就可以实时的对某个库房进行合理的操作。 （3）使以前工作人员不能进入的某些环境 也能进行实时的监控，从而保障了工作 人员生命财产安全。 （4）该系统性能好，价格经济，使用广泛，很好的推动了工业监控系统的发展， 为将来工业自动化发展的研究产生深远的影响。 1.5 本课题的主要内容和结构本课题的主要内容和结构 本课题较为详细的介绍了以 STC89C52RC 单片机为控制节点基于 CAN 总线远 程分布式温湿度监控系统，重点研究了单片机之间的硬件设计和通信原理，并阐述了 其中的主要模块 SJA1000，MCP2515 以及 DS18B20，HS1101 的主要技术和软件设 计。 论文的结构： 第一章为绪论部分，主要介绍了课题的背景，国内外现状和主要设计 意义和价值。 第二章对设计难点总线通信技术从基本简介和报文运用做了详细介绍。 第三章为系统的硬件设计，分别从主机和从机两个方面对节点中各个模块的电路 进行了设计。突出运用的模块的接口设计。 第四章为软件设计的实现，也是从主机和从机对模块的进行软件编写，运用程序 流程图更加直观的理解程序编写过程。 第五章为监控系统的生成以及调试。 计算机信息工程学院毕业设计说明书 6 第 2 章 CAN 总线技术 2.1 CAN 总线介绍总线介绍 现场总线是安装在生产过程区域的现场设备 /仪表与控制室内的自动控制装置 /系 统之间的一种串行、数字式、多点、双向通信的数据总线， CAN（Controller Area Network）是一种现场总线。20 世纪 80 年代初，首先由德国的 BOSCH 公司提出，用 来解决汽车内部的复杂硬信号接线，后来得到了 Motorola，Intel、Philips、Siemens 等大公司的支持，1993 年 ISO 正式公布了 ISO11898CAN 高速应用标准和 ISO11519CAN 低速应用标准，前者是速率为 125kbps1Mbps 的闭环总线，总线最大 长度为 40m1Mbps。后者速率为 10125kbps 的开环总线，最大长度为 1km40kbps。目前 CAN 总线已成为工业数据通信的基础，被广泛应用于离散控制领 域，CAN 总线特点如下： （1）CAN 总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行 总线以及广播通信的特点。另外，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网 络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。 （2）可连接的节点数量多。 CAN 网络上的节点数主要取决于 CAN 总线收发器， 目前最多可达 110 个。废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。 数据块的标识码可由 11 位或 29 位二进制数组成，因此可以定义 211 或 229 个不同的 数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一 点在分布式控制系统中非常有用。网络上的节点（信息）按编码可分成不同的优先级， 可以满足不同的实时要求。 （3）采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时， 优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。 （4）通信方式多样：CAN 只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点（成 组）及全局广播几种传送方式。 CAN 总线上的任意两个单元之间最大的传输距离与传 输速率有关，最远可达 10km（速率 5Kbps 以下） ，通信速率最高可达 1Mbps（此时距 离最长 40m） 。通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维。 （5）数据传输采用短帧结构，每一帧的数据段长度最多为 8 个字节。可满足通 常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时， 8 个字节不会占用 总线时间过长，从而保证了通信的实时性。每帧信息都有 CRC 校验及其他检错措施， 数据出错率极低。节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，以使总线上 的其他节点操作不受影响。 CAN 总线是双向数据线，由高低双绞线 CAN-High 和 CAN-Low 组成，采用总线 网络拓朴结构，在一个网络上至少需要有 2 个 CAN 总线节点存在。在总线的 2 个终 端，各需要安装 1 个 120 的终端电阻，实现总线匹配，防止数据在线端被反射，以 计算机信息工程学院毕业设计说明书 7 回声的形式返回，影响数据的传输；如果节点数目大于 2 个，中间节点不要求安装 120 终端电阻，忽略终端电阻，会使数据通信的抗干扰性和可靠性大大降低，甚至无 法通信。CAN 总线的网络结构如图 2-1 所示。CAN 总线节点一般由微处理器 MCU、CAN 控制器、CAN 收发器三部分组成。 （1）微处理器 MCU：负责对 CAN 控制器初始化。 （2）CAN 控制器：CAN 的通信协议主要由 CAN 控制器完成。CAN 控制器主要 由实现 CAN 总线协议部分和与微控制器接口部分电路组成。常用的集成 CAN 控制器 有 Philips 公司的 PCx82C200、SJA1000 等，目前也出现了多种内部集成 CAN 控制器 的单片机，如 C8051F040 单片机等。 （3）CAN 收发器：CAN 控制器通过收发器联接到 CAN 驱动总线上的，集成 CAN 收发器有 Philips 公司的 PCA82C50 和 PCA82C51。CAN 收发器内有一个接收器 和发送器，接收器是利用差动信号放大器将 CAN-High 线上的电压（UCAN-High）减去 CAN-Low 线上的电压（UCAN-Low） ，并将差信号传至控制单元的 CAN 接收区。用这种 方法可以消除静电平（对于 CAN 驱动数据总线来说是 2.5V）或其它任何重叠的干扰 电压。发送器的任务是将 CAN 控制器输出的较弱信号放大，使之达到 CAN 导线上的 信号电平和控制单元输入端的信号电平。 CAN总线为“线与”逻辑，在总线上所有节点都处于空闲态（也称隐性状态，逻 辑“1”时） ，CAN-High线和CAN-Low处于非激活状态，其电压均为 2.5V，隐性差分 电压近似为0。在显性状态（逻辑“0”时） ，CAN-High线上的电压值不低于3.5V，而 CAN-Low线上的电压值可降至1.5V，差动显性输出电压为2V； MCU CAN控制器 CAN收发器 CAN总线 120120 节点2 节点1节点3 图 2-1 CAN 总线原理图 2.2 CAN 总线报文介绍总线报文介绍 网络中交换与传输的数据单元，即一次性要发送的数据块叫做报文 。报文分为 4 种类型：数据帧、远程帧、出错帧、过载帧 。本软件设计中只用到了数据帧，它采用 计算机信息工程学院毕业设计说明书 8 了 11 位标识符。数据帧的标准帧的帧结构如表 2-1。下面具体分析数据帧的每一个位 场。 表 2-1 数据帧的标准帧的帧结构 位场帧开始仲裁场控制场数据场CRC 场应答场帧结尾 位数1 位12 位6 位064 位162 位7 位 1.1.帧起始（帧起始（SOFSOF） SOF 标志数据帧或远程帧的开始，仅由一个 “显性”位组成。只有在总线空闲时 才允许节点开始发送（信号） 。所有节点必须同步于首先开始发送报文的节点的帧起始 前沿。 2.2.仲裁场仲裁场 仲裁场由标识符和远程发送请求位（ RTR 位）组成。RTR 位在数据帧中为显性 “0” ，在远程帧中为隐性“1” 。对于 CAN2.0A 标准，标识符长度为 11 位，按 ID10 到 ID0 的顺序发送，最低位是 ID0，7 个最高位 ID10-ID4 不能全是“隐性” ，如图 2- 2 所示。 图 2-2 标准格式中的仲裁场 3.3.控制场控制场 控制场由 6 个位组成，标准帧和扩展帧的控制场格式不同。标准帧的控制场包括 IDE 位（为显性位，见上文）及保留位 r0、4 位数据长度代码 DLC3DLC0。数据长 度代码 DLC3DLC0 只能是 00001000（08） ，其他的数值不允许使用，如图 2-3 所 示。 图 2-3 控制场结构 4.4.数据场数据场 数据场由数据帧里的发送数据组成。它可以为 08 个字节，每字节包含了 8 个位， 首先发送最高有效位。 计算机信息工程学院毕业设计说明书 9 5.5.循环冗余码循环冗余码 CRCCRC 场场 CRC 场包括 CRC 序列（CRC Sequence） ，其后是 CRC 界定符（CRC Delimiter） ， 如图 2-4 所示。 图 2-4 循环冗余码 CRC 场 CRC 序列由循环冗余码求得的帧检查序列组成，最适用于位数低于 127 的帧。为 进行 CRC 计算，被除的多项式系数由无填充的位流给定。组成这些位流的成分是：帧 起始、仲裁场、控制场、数据场（假如有的话），而 15 个最低位的系数是 0。将此多 项式被： X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1 多项式发生器除（其系数以 2 为模） ，所得的余数就是发送到总线上的 CRC 序列。 CRC 序列之后是 CRC 界定符，它包含一个单独的 “隐性”位。 6.6.应答场（应答场（ACKACK FieldField） 应答场长度为 2 个位，包含 ACK 间隙和 ACK 界定符，如图 2-5 所示。在 ACK 场，发送节点发送两个“隐性”位。当接收器收到匹配 CRC 序列的报文，接收器就 会在 ACK 间隙期间向发送器发送一 “显性”位以示应答。ACK 界定符是应答场的第 二个位，为“隐性”位。因此，ACK 间隙被两个“隐性”的位所包围，也就是 CRC 界定符和 ACK 界定符。 图 2-5 应答场 （7 7）帧结尾）帧结尾 每一个数据帧和远程帧均由一标志序列界定。这个标志序列由 7 个“隐性”位组 成。基于 CAN 总线的监控系统是多个并列的管理监控单元，每个监测单元之间的数据 传输。 计算机信息工程学院毕业设计说明书 10 第第 3 3 章章 硬件设计硬件设计 3.1 系统硬件设计方案系统硬件设计方案 在本设计中，我们将 CAN 总线作为通信方式，通过将各个节点串联，因为 CAN 总 线通信距离很远，所以每个节点可以放在库房的不同地方，这样就可以采集到不一样 的温度数据。从机主要采用单片机 STC89C52RC 控制器，SJA1000 和 82C250 分别为 CAN 控制器和 CAN 收发器，用于采集温湿度的外部传感器采用数字式温度传感器 DS18B20 湿度传感器 HS1101。而主机由 MCP2515 和 TJA1050 组成，而单片机控制报警 及显示模块。 CAN总线 82C250 SJA1000 STC89C52RC 温湿度传感 器 空调机 除湿机 TJA1050 MCP2515 STC89C52RC 数码管 蜂鸣器 图 3-1 本设计的分布式监控系统总体结构 本系统在设计时，为了利于系统的推广 ，充分采用简化的方法，以尽量减少对操 作人员专用知识的要求，便于进行维修。另外，本系统的所有环节都应该有可靠性的 思想，要选用可靠性高的元器件。最后还要降低系统的成本，提高系统的性价比。 3.1.13.1.1 控制模块（控制模块（STC89C52RCSTC89C52RC） 控制器采用 STC89C52RC，它的封装方式采用塑料双列直插式封装，由 STC 公司研 发制造，具有性能强大、能耗小等优点，内置的 flash 存储器大小为 8K。在同样拥有 51 内核的单片机里，STC89C52RC 是应用最为普遍的一种，与常见 51 板相比较， STC89C52 改进了许多原来没有的性能。 STC89C52RC 处理器位数为 8 位，且内置 flash 存储器，因此，它可以更方便更简单的解决很多传统单片机无法解决的问题。 STC89C52RC 主要功能包含 32 位引脚，看门狗电路，复位电路，且内置 8K 内存， 512B 运存，另外还包含 3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中 断结构(兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构)，STC89C52RC 单片机工作模式是全双工 模式。另一大优点是 STC89C52RC 单片机系统频率可最低至 0Hz，有两种省电模式。在 计算机信息工程学院毕业设计说明书 11 单片机闲置状态时，处理器不再运行，但是可以保持运存、计数、通信、中断等部件 运行。当单片机进入掉电保护时，运存的数据被记录下来，而晶振则停止运行，在系 统被复位或下一次中断之前，整个系统都被终止运行。示意图如图 3-2。 STC89C52RC 图 3-2 STC89C52RC 的引脚图 STC89C52RC 的引脚功能有： （1）主电源引脚 VSS第 20 脚，电路接地电平。 VCC第 40 脚，一般运行时都是+5V 的电压。 （2)时钟源 第 19 脚， 作为中反相器的输入端，正常情况下与 XTAL1STC89C52RCXTAL1 晶振的一个引脚相连。特殊情况下，如果采用外部信号时，那么这个引脚接地。 第 18 脚，作为中反相器的输出端。正常情况下与晶 XTAL2STC89C52RCXTAL2 振的另一个引脚相连。特殊情况下，如果使用外部源，就与信号源相连，作为 XTAL2 外部信号的输入端使用。 （3)控制、复用和选通 第 30 脚，该引脚是地址锁存允许信号和编程脉冲输入端信号。 PROGALE/ RST/VPD第 9 脚，RST/VPD 是复位信号 RESET 的输入端。一般情况下，满足 RST/VPD 上连续施加两个系统周期的复位信息，系统就进入复位状态。在电源信号无电 时，RST/VPD 就连通备用电，从而确保系统信息无损失。 第 29 脚，外部 ROM 访问选通信号。 PSEN （4)多功能 I/O 端口 P0 口第 3239 脚，8 位真正的双向数据 I/O 口。 P1 口第 18 脚，此端口是具 8 位准双向的 I/O 端口并且含有上拉电阻。 P2 口第 2128 脚，与 P1 口一个功能类似，它是 8 位的双向 I/O 口，并且含 有上拉电阻。在两种情况下 P2 口可作为高 8 位的地址总线，一种情况是单片机对存储 计算机信息工程学院毕业设计说明书 12 器访问时，另一种情况是当对片内的程序存储器（ EPROM 型）程序编程及校验时使用。 P3 口第 1017 脚，与 P1 端口和 P2 端口一样，是 8 位的准双向 I/O 口。但是 与 P1、P2 不同的是，它还提供特殊的第二功能。而且每一个引脚都可以单独选择任一 功能使用。第二功能表的具体含义如表 3-1： 表 3-1 P3 口的第二功能表 端口引脚第二功能 P3.1 RXD（串行通讯输入口） P3.2 TXD（串行通讯输出口） P3.3（外中断 0）0INT P3.4（外中断 1）1INT P3.5 T0（定时/计数器 0） P3.6 T1（定时/计数器 1） P3.7 （外部数据存储器写选通）WR P3.8 （外部数据存储器读选通）RD 3.2 从机的硬件设计从机的硬件设计 如图 3-3 所示为 CAN 总线系统智能节点硬件电路原理图。从图中可以看出，电路 主要由四部分所构成：节点微控制器 STC89C52RC、独立 CAN 通信控制器 SJA1000、高速光电耦合器 6N137 和 CAN 总线收发器 82C250。微处理器 STC89C52RC 负责 SJA1000 的初始化，通过控制 SJA1000 实现数据的接收和发送等 通信任务。 SJA1000 的 AD0AD7 连接到 STC89C52RC 的 P0 口，CS连接到 STC89C52RC 的 P2.0，P2.0 为 0 的 CPU 片外存贮器地址可选中 SJA1000，CPU 通过这些地址可对 SJA1000 执行相应的读写操作。SJA1000 的RD、WR、ALE 分别与 STC89C52RC 的 对应引脚相连，接 STC89C52RC 的INT0。STC89C52RC 也可通过中断方式访问 SJA1000。 为了增强 CAN 总线节点的抗干扰能力， SJA1000 的 TX0 和 RX0 并不是直接与 82C250 的 TXD 和 RXD 相连，而是通过高速光耦 6N137 后与 82C250 相连，这样就 很好的实现了总线上各 CAN 节点间的电气隔离。不过应该特别说明的一点是：光耦部 计算机信息工程学院毕业设计说明书 13 分电路所采用的两个电源 VCC和 VDD必须完全隔离。否则采用光耦也就失去了意义。 电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块或带多 5V 隔离输出的开关电源模块实现， 这些部分虽然增加了节点的复杂，但是却提高了节点的稳定性和安全性。 S T C 8 9 C 5 2 R C S J A 1 0 0 0 P0 P7 AD0 AD7 CS RD WR ALE INT P2.0 RD WR ALE INT0 TX0 RX0 IN Out TX0 RX0 INOUT C A N 总 线 CANH CANL 温度传感器 湿度传感器 P3.6 P3.5 6N137光耦 82C250收发器