基于CAN总线的温室环境温度监测系统设计

上海工程技术大学毕业设计（论文）基于CAN总线的温室环境温度监测系统设计目录摘要.......................................................ABSTRACT....................................................0引言......................................................1绪论....................................................1.1CAN总线特点及国内外应用现状............................1.2课题的提出和解决........................................1.3课题的主要任务..........................................2系统总体方案设计..........................................2.1概述....................................................2.2方案选择................................................2.2.1单片机选型............................................2.2.2温湿度传感器选型......................................2.2.3总线控制器选型........................................2.3系统组成总体结构........................................3硬件设计..................................................上海工程技术大学毕业设计（论文）基于CAN总线的温室环境温度监测系统设计23.1单片机最小系统..........................................3.2温度检测电路............................................3.4键盘电路................................................3.5显示电路................................................3.6CAN接口电路.............................................3.6.1总线控制器............................................3.6.3CAN收发器............................................4软件设计..................................................4.1.2下位机通信模式........................................4.2主程序流程图............................................4.3MCP2515初始化程序流程图................................结论......................................................参考文献....................................................上海工程技术大学毕业设计（论文）基于CAN总线的温室环境温度监测系统设计2摘要针对以往温室内变量检测劳动强度大、精度低、范围小的现象，本文应用温度和湿度传感器，提出了基于CAN总线的温湿度测控系统设计方案。本设计详细分析了基于CAN总线的温湿度检测和系统的通信原理，设计了单片机最小系统、CAN通信接口电路、温湿度传感器电路、键盘电路、显示电路和报警电路等模块。基于CAN总线的温湿度测控系统实现了温湿度的检测和实时显示，并可以与其它节点通信以便于温室内大范围的温湿度监测和控制，节点结构简单，便于拓展，降低了劳动强度，提高系统的实时性和可靠性。关键词：CAN总线；单片机；温湿度检测；通信接口上海工程技术大学毕业设计（论文）基于CAN总线的温室环境温度监测系统设计2DesignofGreenhouseEnvironmentMonitoringSystemBasedonCANBusABSTRACTForthevariabledetectionoflaborwithinthepastgreenhouseintensity,lowaccuracy,asmallrangeofphenomena,thispaper,temperatureandhumiditysensors,temperatureandhumiditymonitoringandcontrolsystemdesignbasedontheCANbus.Thisdesign,adetailedanalysisofthetemperatureandhumiditytestingandsystemsbasedonCANbuscommunicationtheory,thesmallestsingle-chipsystem,CANcommunicationsinterfacecircuits,thetemperaturesensorcircuit,thehumiditysensorcircuit,thekeyboardcircuit,displaycircuit,andalarmcircuitmodule.Detectionandreal-timedisplayoftemperatureandhumidity,temperatureandhumiditymonitoringandcontrolsystembasedonCANbusandcancommunicatewithothernodesinthegreenhousesothatawiderangeoftemperatureandhumiditymonitoringandcontrol,thenodestructureissimple,easytoexpand,reducelaborintensityandimprovethereal-timeandreliabilityofthesystem.Keywords:CANbus，microcontroller，temperatureandhumiditytesting，communicationinterface上海工程技术大学毕业设计（论文）基于CAN总线的温室环境温度监测系统设计3基于CAN总线的温室环境监测系统设计张春林02120929190引言20世纪80年代末、90年代初兴起的现场总线技术引发了工业自动化领域的重大变革，它代表着工业控制网络技术的发展方向。现场总线控制系统(FCS)将集散式控制系统中集中与分散相结合的模式变成了新型的全分布式控制模式，控制功能彻底下放到现场，现场控制设备通过总线与管理层交换信息。在企业信息系统的层次上，整个企业信息网络可以分为现场控制层、过程监控层、生产管理层、市场经营层等多个层次。工业控制网络是控制技术、通信技术、计算机技术在企业现场控制层、过程监控层的综合体现，被称为工厂底层网络。目前，工业控制网络技术的应用已经推广到过程控制自动化、制造自动化、楼宇自动化以及交通运输等多个领域。目前一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作现场总线控制系统(FCS)。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称为第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，它突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了上海工程技术大学毕业设计（论文）基于CAN总线的温室环境温度监测系统设计4基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统的最显著的特征。目前的现场总线技术有较强实力和影响的有：基金会现场总线FF(FoudationFieldbus)、局部操作网络LonWorks(LocalOperatingNetwork)、过程现场总线Profibus(ProcessFieldBus)、HART协议、控制局域网络CAN(ControllerAreaNetwork)和Dupline等。它们各具特色，在不同的应用领域形成了自己独特的优势。CAN总线是德国Bosch公司在20世纪80年代初为解决汽车中大量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信协议。CAN能灵活有效地支持具有较高安全等级的分布式控制．其数据传输速度可达1Mbps，在汽车、煤矿安全检测、自动化仪表、智能楼宇、机械制造等领域应用广泛。本文介绍了一种基于CAN总线的智能温、湿度检测系统，可应用于不同的工业自动化领域。近些年来，温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用．国家科技部提出的工厂化高效农业示范工程，推动了温室监控技术的发展。但总体来讲，我国温室产业环境控制能力弱，自动化程度低，抵御自然条件能力差。这在很大程度上限制了温室总体效益的进一步提高。种植环境中的温度、湿度、光照度等环境因子，对作物的生产有很大的影响．传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，国内实现上述环境因子自动监控的系上海工程技术大学毕业设计（论文）基于CAN总线的温室环境温度监测系统设计5统还不多见，而引进国外具有多功能的大型连栋温室控制系统价格昂贵，不适合国情。对温湿度的精确检测和远距离传输越来越受到人们的重视，针对这一情况，研制一种高精度、高稳定性、低成本且实用的分布式环境温湿度检测控制系统显得非常重要。而利用CAN总线实现远距离节点间和PC机的实时通信，具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便且便于功能扩展等优点，提高了管理水平和工作效率，所以将CAN总线应用于温室控制具有较好的前景。1绪论1.1CAN总线特点及国内外应用现状目的现场总线在美国和欧洲等发达国家和地区发展迅速，并已有较多的应用范例。国内的大学和一些公司也正致力于基于CAN总线的系统开发。在汽车信号传输，电力监控，楼宇智能化，工业测控，安防等领域有着广泛的应用，现场总线的主要优点：(1)增强了现场级信息集成能力；(2)开放式、互操作性、互换性，可集成性；(3)系统可靠性高、可维护性好；(4)降低了系统及工程成本。现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据上海工程技术大学毕业设计（论文）基于CAN总线的温室环境温度监测系统设计6存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中，处理机的成本占系统成本的比例高达20%，而对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用成本低廉的单片机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统是非常适合的。单片机，又称微处理器，已经应用到各行各业，制造单片机的半导体厂家也从十几年前的屈指可数的几家发展到现在的几十家甚至更多。不同厂家提供了基于不同架构平台，具备不同功能特点的单片机，这就使得我们根据具体设计的要求，挑选一款最合适的芯片进行系统开发，