摘要： 介绍基于CAN总线的智能温度传感器DS10B20的设计。系统以单片机AT89S51作为处理器，DS10B20数字温度采集器采集温度数据。单片机接收并处理数据，LED数码管分时显示温度值。通过外扩的CAN总线控制器SJA1000和报文收发器PCA82C250，该控制器可直接作为CAN总线的一个从结点工作。
关键词： CAN总线；温度采集；显示系统
中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0320031－01
1 硬件设计
1.1 硬件技术方案。系统主要包括五大模块：通信、CAN总线控制、智能节点、显示。其中通信模块采用的是CAN总线通讯，CAN总线的控制模块主要由SJA1000控制器，82C250接发器组成，此外还有用于隔离的6N137光电耦合器；主控制器采用AT89C51芯片；温度采集部分采用温度传感器DS18B20；显示部分采用数码显示管。
1.2 设计思想。系统采用主从分布的思想，系统上位机为人机交互界面，本文主要研究下位机的智能节点部分，主要由单片机及其外围电路组成。下图中所给出的是一个节点的示意图。图1是CAN总线与单片机的温度检测系统连接图。上位机部分CAN适配卡与上位机通过PCI总线通信。上位机与单片机通过通讯接口传输信息。CAN总线通讯控制模块控制单片机。下位机智能节点模块，温度传感器将输出信号传输给单片机，经信号处理电路变成0-5V直流信号，并且将直流信号送入单片机进行数据分析和处理。
图1系统结构图
1.3 CAN总线通讯设计。89C51作为CAN总线系统智能节点的微处理器，在CAN总线通信接口中采用的是PHILIPS公司的SJA1000和82C250芯片。SJA1000是CAN通信控制器，82C250是CAN总线的收发器。为了使总线上各个CAN节点之间实现隔离，SJA1000与P82C250之间要通过高速光电耦合器6N137相连。通讯电路主要由四部分所构成如图2所示：微控制器89C51、独立CAN通信控制器SJA100，CAN总线收发器82C250和高速光电耦合器6N137。此外，为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RXO通过高速光耦6N137后与82C250相连，以便实现总线上各CAN节点间的电气隔离。接发器与CAN总线的接口部分也需要采用抗干扰措施。
1.4 采集与显示电路。本系统可实现多点温度测试。DS18B20采用外部供电方式，理论上一根数据总线上可以挂256个DS18B20，但在实际生产中，如果在一根数据总线上挂接25个以上的DS18B20就有可能产生功耗问题。另外单总线长度太长也会影响到数据的传输。由此在设计中采用单片机的多个I/O来驱动多路DS18B20。显示电路设计中采用共阴极七段数码管。显示方式有动态扫描和静态显示，由于静态扫描要用到多片串入并出芯片，考虑到成本问题，本设计采用是节约硬件资源的动态扫描方式。即用两块芯片就可以完成显示功能。
2 控制器软件设计
如图2所示，主程序调用了3个子程序，分别是CAN总线通讯程序、温度测试程序、温度显示程序。将各个功能程序以子程序的形式写好，当写主程序的时候，只需要调用子程序即可。数码管显示程序完成向数码的显示送数，CAN总线通讯程序可以实现上位机与智能通讯，将温度数据传送给上位机。温度测试程序可以对温度数据进行处理，温度显示程序能够对温度芯片送过来的数据进行显示。
图2程序流程图
2.1 CAN总线程序的设计。CAN节点的软件设计主要包括3部分：SJA1000初始化，报文的发送和接收。SJA1000的初始化主要完成对工作方式、接收滤波寄存器、接收屏蔽寄存器、接收代码寄存器、波特率参数等的设置。对SJA1000初始化成功后，就可以用它来传输报文。节点向总线发送报文的过程是：单片AT89C51将待发送的数据按CAN格式组成一帧报文，写入SJA1000的发送缓冲区，然后启动SJA1000，把报文发送到总线上去。
2.2 温度采集与显示程序的设计。温度采集系统中使用的是数字型的温度传感器DS18B20，首先初始化传感器，并储存当时的温度数据，由于温度数据所需要的存储空间并不大，因此直接使用单片机内部的存储模块即可。此时传感器内部便有了温度的转换命令，将温度这个模拟量转化为数字信号，并放入存储空间。若此时键盘按键按下，便可将数据传到显示部分显示出来。DS18B20作为单片机AT89C51的外部信号源，把所采集到的温度转换为数字信号通过I/O接口传给AT89C51，AT89C51启动内的控制程序驱动数字显示管，把数据在通过I/O口和数据先（单片机和数字显示管的接口）传给数字显示管，把所采集到的温度实时显示出来。
3 结束语
本文结合温度采集与显示系统的原理和CAN总线的特点，提出了以单片机为控制核心，根据系统功能和CAN总线设计方法进行总体设计，确定系统方案，并完成硬件设计。
参考文献：
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