基于CAN总线技术的果园气象监测网络节点的设计及实现.docx

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1、基于CAN总线技术的果园气象监测网络节点的设计及实现基于CAN总线技术的果园气象监测网络节点的设计及实现ronggang导语：介绍了基于CAN总线的分布式果园气象监测系统，重点描绘了单片机P87C591的特点及以它为控制核心构成的监测网络节点的实现摘要：介绍了基于CAN总线的分布式果园气象监测系统，重点描绘了单片机P87C591的特点及以它为控制核心构成的监测网络节点的实现。关键词：CAN总线气象监测P87C591I2C总线果树的生长受自然环境和人为因素的影响，其中果园中的气象条件对果树的生长、结果和寿命影响很大。果园的气象条件分温度、土壤的水分、光照以及风力的强弱。所以，通过监测果园的气象条

2、件，及时地以人为因数改善果树的生长条件，已成为影响果农收入的关键问题。CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决当代汽车中诸多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讯协议。CAN总线通讯接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通讯数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作，通讯速率可达1MBPS。作为一种分散式、数字化、双向多点、具有高速率高可靠性特点的通讯系统，CAN总线可以构建灵敏的多主通讯机制，也可以建立主从式构造，而且这两种方式下的硬件物理联接完全一样。1系统的总体方案设计及工作原理运用CAN总线构建分布式的果园气象监测

3、网络系统，采用主从式构造。系统构造如图1所示。本系统由上位监控PC机、CAN总线适配器和现场监测节点三局部组成，节点数目可根据果园的规模增减。图1系统构造原理框图上位监控PC机采主要负责对监测系统气象数据的接收与治理、控制命令的发送以及各监测节点工作状态的实时显示;CAN总线适配器可以使PC机方便地连接到CAN总线上，本系统采用USB-CAN总线适配器;监测节点以单片机P87C591为核心，主要负责对现场的气象数据进展收集，对收集来的数据进展数字滤波求平均值处理并将处理过的数字信号送入CAN总线。同时监测节点也接收来自上位机的控制命令参数。本系统通讯可靠、快捷，硬件电路设计和软件编程简单，能较

4、好地知足对果园气象条件长期准确监测的要求。2气象监测节点的设计2.1P87C591的特点节点硬件电路以PHILIPS8位单片机P87C591为核心。P87C591从80C51微控制器家族派生而来，带硬件I2C总线接口和CAN总线接口，带6路模拟输入的10位ADC，可选择快速8位ADC。P87C591包含了PHILIPS半导体SJA1000CAN控制器强大的PeliCAN功能，并在此根底上扩展了以下功能：增强的CAN接收中断，有接收缓冲区级的接收中断;用于接收中断的高优先级验收滤波器。扩展的验收滤波器，8个滤波器用于标准帧格式，4个滤波器用于扩展帧格式;验收滤波器的“运行中可改变特性。图280C

5、51核与PeliCAN接口原理框图80C51CPU接口将PeliCAN与P87C591微控制器内部总线相连，连接原理如图2所示。80C51核通过5个特殊功能存放器CANADR地址存放器，CANDAT数据存放器，CANMOD形式存放器，CANSTA状态存放器和CANCON命令存放器对PeliCAN进展访问。通过CANMOD可对PeliCAN形式存放器进展直接的读/写访问;通过写入CANCON对命令存放器进展访问;通过读CANCON对中断存放器进展访问;通过CANSTA存放器可对中断使能存放器进展写操纵;访问CANSTA可位寻址并允许单个状态位的直接寻址，这对查询很有用。所有其它的CAN存放器都需

6、要进展间接寻址。CANADR存放器指向PeliCAN存放器的地址。在写操纵时，将要送到被寻址存放器的数据写入CANDAT;读操纵时被寻址存放器的数据可从CANDAT中读出。2.2节点硬件电路设计现场需要收集四路不同的气象信息，故将四路收集通道分别和P87C591的P1.2、P1.3、P1.4和P1.5相连。这四个管脚除了作一般的I/O口以外，同时也是ADC输入通道。由于电路对数据是采用屡次收集再取平均值的处理方法，故使用存储器6264作为数据收集经过中的暂存区。PCF8563是一款低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片，用于向电路提供定时中断信号以及数据收集的准确时间信息，包括年、月、日、时、分、

7、秒。PCF8562是一款单片LCD控制器/驱动器。它们都具有I2C总线接口，在节点电路中，与P87C591的I2C总线接口相连，构成串行传输构造，大大简化了电路的设计。监测节点在现场收集到水分、温度、光照和风力数据后，将通过CAN总线传给上位监控PC机。P87C591的P1.0和P1.1口被复用为CAN接收器的输入脚和发送器的输出脚。这两管脚经收发器PCA82C250连到CAN总线电缆上。PCA82C250收发器是CAN协议控制器和物理传输线路之间的接口。节点硬件电路如图3所示。3监测节点软件设计监测节点软件除了初始化P87C591及其外围器件外，还有两项任务需要完成：一是定时产生中断，施行对

8、各传感器的采样与数据处理，并向上位机上传数据。二是中断接收上位机的控制参数命令。其中在定时收集中断任务中对所需数据采用屡次收集求平均值的方法，同时从时钟芯片读取收集开场时间和完毕时间，最后一起送LCD显示及上传给上位机。图3监测节点硬件电路原理框图图4CAN控制器初始化流程图P87C591内部的CAN控制器必须在上电或者硬件复位后进展相应的初始化处理。初始化主要包括工作方式的设置，接收收滤波方式的设置，接收屏蔽存放器和接收代码存放器的设置，波特率参数设置和中断允许存放器的设置等，在完成初始化设置以后就可以回到工作状态进展正常的通讯任务。图4为CAN控制器初始化流程图。图5节点程序流程图监测节点

9、程序流程框图如图5。在没有收集任务或者要求接收控制参数时，P87C591进入空闲形式。当一旦出现定时收集中断或者接收控制参数中断时，P87C591退出空闲形式，进入相应的中断效劳程序。4完毕语本文作者创新点：在基于CAN总线的分布式测控系统节点的设计中，就怎样利用P87C591丰富的片上集成资源，简化数据收集监测节点的电路设计，提出了一个良好的设计方案。对于类似的分布式监测系统节点的设计有着很好的借鉴作用。1P8xC591_useIN_CAN.zlgmcu2饶运涛邹继军郑勇芸编著.现场总线CAN原理与应用技术.北京：北京航空航天大学出版社出版发行，20033王博蒋云峰刘杰.基于CAN总线的网络监控系统.微计算机信息2004年第三期