基于CAN总线技术的冷库温度控制系统的设计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流基于CAN总线技术的冷库温度控制系统的设计.精品文档.介绍了一种基于CAN总线技术的冷库温度控制系统的设计。CAN总线是目前最流行的现场总线技术，它具有可靠性高、价格低廉、实时性强等优点，在自动控制领域广泛应用。本系统由上位机和下位机两大部分组成。上位机主要完成与PC机的通信功能，通过PC机可设置及显示各冷库的温度，将设置的温度通过上位机送至下位机；下位机完成对冷库的温度检测以及实现自动恒温控制。同时，可现场设定温度值。上位机与下位机均以AT89S52为核心，下位机使用LED进行温度显示。选用DS18B20单总线数字温度传感器，测量精度可以达到0.5。将测量值与设定值进行比较后由下位机控制制冷压缩机或电加热器进行温度调整，达到恒温控制，实现系统智能化。系统通过CAN总线实现对冷库所有仓库的远程管理，控制各个仓库的信息采集、数据传输和温度的调节，大大提高了管理效率，节省了人力资本；系统结构简单、可靠性高、应用灵活、前景十分广阔。冷库温度测控系统总体设计2.1课题总体分析设计一个基于CAN总线的大型冷藏库控制系统，针对不同贮藏室的温度控制要求实现自动恒温和远程监控。用户根据需要，通过键盘或上位机设定各储藏室的温度，由现场控制节点实现自动恒温控制，系统误差为±0.5；并且可以通过上节点实时监控各贮藏室的温度。根据总体设计，选择经济适用的传感器和单片机以及外围电路所需的芯片及元器件；设计相应的前向通道和后向通道；设计CAN总线电路用于数据通信；设计显示电路用于显示温度等值；设计键盘电路用于设置初值等；软件设计，并编写相应的软件。传感器单片机控制电路显示电路2.2方案论证2.3系统总体框架本课题设计的冷库温度控制系统主要由CAN总线分为上节点和下节点两部分。CAN总线完成上节点和下节点的通信功能。系统主要由PC机、上位机和下位机组成。CAN总线总体框图如图2.3所示。PC机上位机节点1节点nCAN总线图2.3 CAN总线整体框图 单片机通信模块CAN总线控制器CAN总线收发器PC机上节点主要完成与PC机之间的通信功能，把下节点检测到的温度值送到PC机进行显示，并把PC机设置的各冷库温度值通过CAN总线送至下节点。主要由CAN总线控制器和CAN总线收发器来完成与下节点的通信。上节点框图如图2.4所示。图2.4 CAN总线上节点结构框图CAN总线收发器CAN总线控制器单片机n号库房测温点动态显示驱动电路控制电路键盘下节点完成冷库内温度的采集，用温度传感器测量冷库内的温度，显示部分显示当前冷库内的温度值，控制电路调节冷库内的温度达到恒温控制。下节点框图如下图所示。图2.5 CAN总线下节点结构框图2.4各模块功能介绍本系统采用单片机作为上位机，通过CAN总线完成对下节点的控制，以及与PC机之间的通信。下节点主要完成各个库房的恒温控制，通过库房测温点的温度传感器将库房的温度信号送到单片机，单片机将其温度与设定温度进行比较后控制空调调节库房内的温度，使其达到设定的温度，实现恒温控制。动态显示电路用来显示各个库房的当前温度。第1章 系统硬件电路设计3.1单片机系统的设计3.1.1单片机的选择图3.1 AT89S52单片机引脚图3.1.2单片机外围电路设计图3.2 单片机时钟电路和复位电路3.2键盘和显示电路的设计图3.3 下节点单片机键盘、显示电路3.3直流稳压电源的设计图3.4 直流稳压电源电路3.4 RS232接口电路的设计在本电路设计中RS232接口电路主要功能是解决PC机与外部设备连接的电平转换问题。图3.5 MAX232芯片的引脚图图3.6 RS232接口电路图3.5温度传感器模块的设计3.5.1温度传感器的选择2DS18B20数字温度传感器3.5.2温度传感器电路设计传感器采集到的温度信号在极短的时间内可能会受到干扰信号的作用而出现误差，从而导致压缩机和加热器的误动作。因此本系统设计采集多个点的实际温度值，并计算其平均值，然后用平均温度值去控制压缩机和加热器的启动和停止。这一方面避免了干扰产生的误差，另一方面，多点测量相对于传统的单点测量更能正确反映库房的实际温度。单片机通过循环检测传感器，来控制库房的实际温度。如图3.7所示。DS18B20与单片机的接口电路非常简单。DS18B20只有三个引脚，在实际应用中，只要在数据线上加一个上拉电阻4.7k接到单片机的I/O口上本次设计接在单片机的P1.0，另外2个脚分别接电源和地。 图3.7 DS18B20与单片机连接图3.6 CAN总线模块的设计表3.1 PCA82C250引脚功能符号管脚功能TXD1发送数据输入端GND2地Vcc3电源RXD4接收数据输出端Vref5基准电压输出端CANH6低电平CAN电压输入/输出端CANL7高电平CAN电压输入/输出端Rs8斜率电阻输入端二 CAN总线通信电路设计3.7控制电路的设计控制电路部分主要是通过光电耦合器和继电器来实现的。图3.9 温度控制电路设计该设计的控制电路主要完成冷库的制冷和加热功能，冷库的制冷是通过控制制冷压缩机完成的，而加热部分是通过控制电加热器实现的，对于温度的加热和制冷电路原理是一样的，只是设备不同而已。冷库温度的制冷和加热控制电路如图3.9所示。将传感器检测到的温度与设定值进行比较，如果当前温度高于设定值时，单片机通过P20端口输出一个低电平信号，从而使光电耦合器开始工作，继电器K1开始工作，使K1处开关接触闭合，这时制冷压缩机开始工作，制冷压缩机工作的同时让单片机的P22端口输出一个低电平信号启动风机，使冷库内均匀制冷，从而达到了降低温度的目的。当前温度低于设定值时，单片机通过P21端口输入一个低电平信号，从而使光电耦合器开始工作，继电器K2开始工作，使K2处开关接触闭合，这时电加热器开始工作，同时也控制风机开始工作，让室内温度均匀，从而达到升高温度的目的。第2章 系统软件设计4.1 PC机监测软件设计串行通信是微机之间常用的通信方法之一，由于串行通信编程灵活，硬件简洁并遵循统一的标准而在工业控制领域得到了广泛的应用。Windows现已成为当今计算机操作系统的主流，在其环境下利用Microsoft公司推出的功能强大的 Visual Basic可视化的程序设计语言，开发出界面友好，操作简便的多机串行通信软件就显得尤为重要了。对于用户来说，此类可视化语言所开发出的界面友好、操作简便;对于开发者来说，Windows提供了丰富的资源，VisualBasic提供了面向对象程序设计的功能。本文利用 Visual Basic的强大功能，在Windows环境下方便的开发了多台单片机的串行通信软件。4.1.3 PC机人机界面设计本次冷库温度测控系统设计中的PC机不仅要完成冷库当前温度的显示还要求能够设置各个冷库的温度。根据要求设计的人机界面如图4.1所示。图4.1 PC机监测界面该PC机界面不仅能够显示6个冷库的当前温度值，还能够对各个冷库的温度进行设定。各个冷库均有一个设置按纽，点击设置按纽会弹出如图4.2所示对话框，在该界面可以通过键盘设置各个冷库的温度值，点击保存后即可点退出按纽退出设置，设置的温度值会显示在PC机检测界面的设定值上，通过RS232串口和CAN总线可将设定值通过上位机送到下位机，下位机将设定值与测量值进行比较，如果不一样，将启动制冷压缩机或电加热器对温度进行调整，达到设定要求。实现自动恒温控制。图4.2 温度设置界面上节点电路原理图附 录 下节点电路原理图