基于CAN總線的高精度溫濕度監控系統

引言

一個高效的溫濕度自動監控系統對各行業進行科學有效的管理，保障工作環境溫濕度恒定，降低能源損耗是非常必要的。傳統的溫濕度遠程監控系統如RS一485總線在數據傳輸過程中存在著數據傳輸速率低、實時性差，對所采集的實時數據不能進行分析、節點加入或者離開網絡要重新配置等問題，而溫濕度傳感器檢測過程中濕度受溫度影響而導致測量誤差大、校準和標定復雜、互換性和長期穩定性差等。

因此，本文提出一種基于CAN總線高精度溫濕度監控系統，不僅可以提高系統的傳輸速率和實時性，而且也可以提升系統溫濕度采集的準確度。

1 系統的整體結構

圖1 溫濕度監控系統的總線分布式結構

CAN—Bus(Controller Area NetworU即控制器局域網，是國際上應用最廣泛的開放式現場總線之一，它是一種無破壞性的總線仲裁機制。當總線數據傳輸出現沖突時，最高優先權訪問的節點不受影響，從而提高了總線仲裁時間和實時性。系統的結構如圖l所示，在每個檢定實驗室裝一個溫濕度采集器，通過CAN橋連接在兩根雙絞屏蔽線上，組成分布式網絡，而主控制器與上位機連接組成控制臺。在各個采集器之間采用雙絞線進行數據傳輸過程中，用雙絞兩端連接匹配電阻可以消除長線反射所引起的干擾，從而提高接收器的共模抑制比及數據通信的抗干擾能力，采用這種具有優先級的分布式網絡結構方便系統的后續擴展。

系統利用PC機作為管理主機，各個智能節點通過局域網CAN總線納入系統，實現對各個節點的控制。PC機能很好保存測控制節點的采集數據，并可以數據進行統計分析，系統參數設定等，對數據的發送、數據請求、節點查詢、中斷接收數據管理等功能。

CAN—RS232轉換器主要是完成PC機與CAN總線數據通信的任務，負責把總線的數據傳送到PC機，同時把PC機的命令轉發到各個節點。

總線上的各個溫濕度采集節點，主要是實現溫濕度數據采集與CAN總線通信的功能。各個節點的通過能實現報文的發送和接收，還能進行幀數據地址濾波、錯誤處理與自動糾錯等功能。實現把節點采集的信息打包成幀數據發送給主機，當主機接接收到命令之后，可通過智能控制開關實現對工作房間的空調、除溫機等的控制。

2 硬件設計

圖2 溫濕數據采集器的硬件結構

溫濕度監控系統的各個子節點通過CAN總線的進行數據通信，具有溫濕度采集及控制功能，同時兼有液晶顯示及上下限溫濕度報警功能。其硬件結構如圖2所示，主要包括核心控制芯片、溫濕度傳感器、CAN總線通信接口、固態繼電器及時鐘芯片等。

(1)主控制芯片采用MICROCHIP公司生產nanoWattXLPTM超低功耗技術單片機PIC16f1937作為主控制芯片，該芯片內置具有LCD驅動模塊，可以減少系統成本及電路板布線等優點。

(2)CAN總線通信模塊如圖3所示，主要是由。講總線控制器MCP2515、CAN總線的收發電路MCP2551及光耦隔離電路等組成。MCP2515支持CAN V2．0B技術規范、通訊速率為1Mb／S的CAN總線控制器，它可以通過獨立SPI接口與MCU通信。MCP2551是一個具有容錯的高速CAN協議控制器的物理總線接口。