CAN總線在分布式烤煙控制系統中的應用

眾所周知，我國是一個煙草大國，煙草行業在國民經濟中占有十分重要的地位。
煙草行業涵蓋煙葉種植、煙葉烘烤、煙葉發酵、卷煙生產及銷售等環節，各環節的生產過程、管理水平、生產能力和生產質量都將直接影響到最終產品的質量和經濟社會效益。在整個煙草生產過程中，煙葉烘烤的質量起到了至關重要的作用，然而令人遺憾的是，目前貴州省乃至全國煙農多數使用人工作坊式進行煙葉的烘烤，烤房內的溫度、濕度等對煙葉質量有影響的環境參數只能靠人工方式進行測量和控制，因而無法保證烤煙的質量，使得農民的收入沒有得到明顯提高。為了保證烤煙質量，必須采取先進的控制手段來對環境溫度和濕度以及持續時間進行有效控制，自動控制技術、通信技術和計算機技術的不斷發展給烤煙環境的精確控制帶來了可能。
本系統結合現場總線和單片機控制技術，構建了分布烤煙控制系統，實現了對分散在不同位置的烤房進行實時遠程監控。
1 CAN總線概述
當今計算機控制系統正迅速向分散的現場總線控制系統（FCS）方向發展，現場總線的使用，使得包含工業控制系統在內的各類控制系統的控制功能徹底下放到控制現場，系統的性能進一步提高。
在眾多的現場總線中，CAN（Control Area Network）以其獨特的優勢在各類控制系統的應用日益廣泛。CAN總線協議簡單、實現容易、成本低，能方便與微控制器接口，特別適合中小型控制系統中。因此，考慮到行業特點及控制要求，在方案中我們選擇了CAN總線作為整個系統的數據通信系統。
2 控制系統方案
本系統基于CAN總線構建，將CAN總線接口內置于烤煙控制器中，并使用雙絞線作為總線連接至監控計算機的CAN總線適配器，形成分布式控制系統，如圖1所示。

圖1 控制系統結構
2．1烤煙控制器
內置單片微控制器（AT89C52）的烤煙控制器對烤煙環境的溫度及濕度進行采樣，依據一定的控制規律（烤煙環境的溫度和濕度控制規律）產生控制信號對溫度及濕度進行控制，并接收監控計算機發送來的命令完成控制參數的修改或上傳檢測到的溫度和濕度。
由于烤煙過程對環境的要求并不是非常高，為簡化控制系統結構，降低成本，使用了如下方案進行設計。
溫度的采樣采用全數字溫度傳感器DS18B20（DALLAS公司生產），該傳感器使用串行接口（1-Wire總線）與微控制器連接，測量溫度最高達125℃，精度可達0.005℃，完全可滿足烤煙溫度檢測的需要；而溫度的調節直接通過直流電機驅動火門控制進風量進行。
環境的濕度可間接從采樣到的濕球溫度計算得到，從而避免使用昂貴的濕度傳感器；而濕度通過直流電機控制窗戶的開啟大小來控制。
CAN總線接口使用菲利浦公司的SJA1000協議接口芯片、6N137光電隔離器和82C250總線收發器構成。
2．2 監控計算機
利用CAN總線適配器（USB接口）實現計算機控制信息和CAN總線協議數據的相互轉換，完成對現場控制節點的集中管理。
監控軟件采用Visual Basic平臺進行開發，完成對控制節點的實時監控。
3 烤煙控制節點設計
依據上述控制功能要求，烤煙控制節點包含AT89C52、LCD顯示器、CAN總線接口電路、兩片DS18B20、兩套直流電機控制電路，如圖2所示。