基于STM32和CAN总线的湿度收集系统设计.docx

基于STM32和CAN总线的湿度收集系统设计王辉导语：现实生活中，湿度的测量和控制在纺织工业、林业、化工以及气象观测等领域中有着广泛的应用。传统的人工测试方法费时费力，因此有必要研制更智能方便的湿度测量收集系统，以便实时监测湿度，并根据所测量的数据来控制加湿器、空调器等设备的运行，确保得到适宜的湿度环境。摘要：本文介绍了一种基于意法半导体公司的STM32单片机和CAN总线的湿度收集系统的设计和实现。CAN凭借其高性能，高可靠性以及独特的设计越来越多的被应用在工业领域中。STM32的接口丰富，价格低廉，功能强大，使其在工业现场中应用越来越广泛。文章从硬件和软件两局部介绍基于STM32和CAN总线的湿度收集系统的实现。关键词：STM32；CAN总线；数据收集湿度传感器1引言现实生活中，湿度的测量和控制在纺织工业、林业、化工以及气象观测等领域中有着广泛的应用。传统的人工测试方法费时费力，因此有必要研制更智能方便的湿度测量收集系统，以便实时监测湿度，并根据所测量的数据来控制加湿器、空调器等设备的运行，确保得到适宜的湿度环境。这里提出的湿度测量收集系统是为民用设计的，可实时监测仓库，温室等对湿度有严格要求的场合下的湿度，根据检测结果对湿度加以控制，同时还具有在线修订湿度上下限，湿度显示和报警功能，并可向主控室传送数据。2系统总体设计湿度测量收集系统首先是一个实时性系统，需要传感器的各种测量数据能及时的显示，同时，监控系统又是一个多点检测系统，需要在不同的点布置传感器，这些传感器通过总线连接并实现与上位机的数据传输。从总体上讲，分为上位机和下位机系统。上位机是总的控制和显示系统，其通过CAN总线与各种传感器的感应模块连接。系统在即时性、可靠性、平安性等方面都有特定的要求，其要实现的目的如下：1对湿度参数进展实时收集MCU对各个传感器收集的数据进展循环检测传输。2超限数据报警。3通讯系统应有较高的可靠性、较好的实时性和较强的抗干扰才能。CAN总线是一种多主方式的串行总线，可以组建多主对等的总线通讯系统；STM32F103VET6内置了CAN控制器，选取TJA1050作为CAN收发器，实现STM32与CAN的通讯，湿度传感器挂接在STM32单片机上实现数据实时接收与处理。CAN适配卡连接上位机系统和CAN总线，此外还有报警模块、显示软件等共同组成了完好的湿度测量收集系统。如图2-1所示。图2-1基于STM32和CAN总线的湿度测量收集系统构造框图3硬件设计3.1硬件核心系统采用STM32F103VET6作为主控制器，该微控制器内核采用ARM32为的Cotex-M3CPU,最高工作频率可达72MHz，512KBFlash存储器，3个12位模/数转换器，112个快速I/O端口，11个定时器，13个通讯接口，其中就包括CAN2.0。具有接口资源丰富，功耗低，体积小，实时性能好，易于开发等上风。湿度传感器连接在STM32F103VET6上可以确保数据及时和准确的传输。3.2CAN总线简介CANControllorAreaNetwork控制器局域网总线是近些年来非常流行的现场总线之一。具有非破坏性总线仲裁技术，让优先级高的信息得到更加快速的处理；具有强大的错误检测机制，可以检测到总线上的任何错误；采用短帧构造、位填充和CRC校验等措施，使传输具有高可靠性。这些优点使CAN总线在诸多工业领域，尤其是汽车、航天等产业中得到了泛的推广和应用。CAN总线的特点1可以多主方式工作，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，通讯方式灵敏。2网络上的节点可分成不同的优先级，可以知足不同的实时要求。3采用非破坏性位仲裁总线构造机制，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顿数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传送数据。4可以点对点，一点对多点及全局播送几种传送方式接收数据。5直接通讯间隔最远可达10km(速率4Kbps以下)。6通讯速率最高可达1MB/s(此时间隔最长40m)。3.3bxCANSTM32F的bxCAN支持CAN协议2.0A和2.0B的主动形式，波特率最高可达1Mb/s支持时间出发功能。发送具有三个发送邮箱，发送报文的优先级可软件配置，可以屏蔽中断，邮箱使用单独的一块地址，便于软件效率的进步。STM32F的bxCAN设计目的是以最小的CPU负荷来高效的处理收到的大量报文。3.4CAN收发器TJA1050TJA1050速率可达1Mbit/s，电磁抗干扰才能极强，电磁辐射低，输出级和3.3V以及5V的器件兼容，有高速和静音两种工作形式。TJA1050接口电路如图3-1所示。图3-1TJA1050接口电路3.5湿度传感器在充分考虑了系统的精度和抗干扰性的根底上，选择了湿度传感器SHT10。他是SENSIRION公司消费的SHT1x系列数字湿度集成传感器的一种，SHT1x系列单芯片传感器是一款含有已校准数字信号输出的湿度传感器，包括一个电容性聚合体湿度敏感元件，一个用能隙材料制成的温度敏感元件，并在同一芯片上与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。每个传感器芯片都在极为准确的湿度腔室中进展标定，以镜面冷凝式湿度计为参照。校准系数以程序形式存储在OTP内存中，在校正经过中使用两线制的串行接口，使外围系统集成变得快速而简单。单路SHT10传感器连接如图3-2。图3-2单路SHT10传感器