基于CAN總線的倉(cāng)庫(kù)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　在倉(cāng)庫(kù)的貨物的管理中，需要對(duì)溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，以保證倉(cāng)庫(kù)的安全。隨著庫(kù)區(qū)的面積逐漸擴(kuò)大，需要傳輸能力強(qiáng)和通信距離遠(yuǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)有效地對(duì)倉(cāng)庫(kù)貨物進(jìn)行監(jiān)管。

　　CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域網(wǎng)）總線技術(shù)具有先進(jìn)的多主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通訊距離遠(yuǎn)、價(jià)位低、可靠性高、系統(tǒng)容量大、安裝方便、維護(hù)費(fèi)用低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。特別對(duì)庫(kù)區(qū)較大、倉(cāng)庫(kù)分布較分散的大型倉(cāng)庫(kù)的監(jiān)控非常適用。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，而上位機(jī)硬件包括CAN通訊適配器和上位監(jiān)控管理機(jī)組成;下位機(jī)則由CAN節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)傳感器組和溫度濕度參數(shù)控制器組成，如圖1所示。
　　

　　其工作原理是下位機(jī)節(jié)點(diǎn)通過(guò)一定時(shí)間間隔把含有地址、溫度、濕度等數(shù)據(jù)量的報(bào)文向CAN總線發(fā)送，總線通過(guò)自身仲裁確定先把優(yōu)先級(jí)最高的數(shù)據(jù)放到總線上，然后自動(dòng)仲裁依次發(fā)送優(yōu)先級(jí)相對(duì)較低的報(bào)文到CAN總線。由于CAN總線的信息存取利用了廣播式的存取工作方式，報(bào)文可以在任何時(shí)候由任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送到空閑的總線上，每個(gè)CAN總線節(jié)點(diǎn)都接收到了總線上出現(xiàn)的報(bào)文信息，通過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的報(bào)文濾波和地址設(shè)置，上位機(jī)CAN節(jié)點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)上傳報(bào)文的接收。上位機(jī)接收到報(bào)文信息后通過(guò)組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)溫度等參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視和記錄。同時(shí)上位機(jī)通過(guò)倉(cāng)庫(kù)人機(jī)界面可隨時(shí)發(fā)送控制信息到CAN總線上，地址匹配的CAN總線節(jié)點(diǎn)能收到信息。通過(guò)這種方式即可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)的溫度等參數(shù)的反饋控制。

　　2.1上位機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　CAN通訊適配器承擔(dān)上位計(jì)算機(jī)和CAN節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通訊。利用EPP并行口實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與SJA1000的通信，關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)SJA1000的讀寫(xiě)時(shí)序，實(shí)現(xiàn)的方法有兩種：軟件產(chǎn)生讀寫(xiě)時(shí)序電路和硬件產(chǎn)生讀寫(xiě)時(shí)序電路。該系統(tǒng)用硬件產(chǎn)生讀寫(xiě)時(shí)序電路，通過(guò)邏輯門(mén)的時(shí)間延遲來(lái)產(chǎn)生SJA1000握手等信號(hào)。設(shè)計(jì)電路如圖2所示。

　　2.2下位機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　下位機(jī)包括CAN節(jié)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)傳感器組和溫度濕度參數(shù)控制器。CAN節(jié)點(diǎn)主要是完成CAN總線信號(hào)和CAN網(wǎng)絡(luò)通訊的配置?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器組和參數(shù)控制器部分主要是和CAN節(jié)點(diǎn)完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度、濕度情況，還要負(fù)責(zé)接收上位管理機(jī)的命令，根據(jù)上位管理機(jī)的要求傳輸數(shù)據(jù)和反饋控制。下位機(jī)結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。
　　

　　2.2.1CAN節(jié)點(diǎn)

　　CAN節(jié)點(diǎn)器件主要包括：微處理器AT89S52單片機(jī)、CAN控制器SJA1000和CAN總線收發(fā)器PCA82C250。

　?。?）CAN控制器SJA1000

　　SJA1000的工作模式通過(guò)其內(nèi)部的時(shí)鐘分頻寄存器CDR中的CAN模式位來(lái)選擇。硬件復(fù)位時(shí)默認(rèn)模式是BasicCAN工作模式。SJA1000相對(duì)于微控制器相當(dāng)于是一存儲(chǔ)映象I/O設(shè)備，他的地址域由控制段和信息緩沖區(qū)段組成，在向下加載初始化期間，控制器可被編程以設(shè)定通信參數(shù)，CAN總線上的通信可通過(guò)此段由微控制器控制。

　　SJA1000內(nèi)部寄存器有的是只能寫(xiě)的，有的是既可讀又可寫(xiě)的。系統(tǒng)正常工作之前，微控制器要對(duì)某些寄存器進(jìn)行初始化，以保證系統(tǒng)的各部分之間能進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)交換。CAN控制器的內(nèi)容都是通過(guò)微控制器寫(xiě)入的，其讀寫(xiě)時(shí)序如圖4所示。
　　

　　從讀/寫(xiě)時(shí)序圖來(lái)看，微控制器對(duì)SJA1000進(jìn)行操作，由于SJA1000內(nèi)可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地址信息。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與控制層負(fù)責(zé)從現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)以CAN協(xié)議的格式發(fā)送到總線上，根據(jù)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和監(jiān)視。系統(tǒng)上電后微處理器先對(duì)自身和SJA1000進(jìn)行初始化，以SJA1000傳送到CAN總線上或直接現(xiàn)場(chǎng)顯示、控制;對(duì)從CAN總線上來(lái)的信息則采用中斷方式，系統(tǒng)每接收到一幀信息，便產(chǎn)生一次中斷，引發(fā)微處理機(jī)進(jìn)入中斷，在中斷服務(wù)程序中讀取該幀信息并傳送到現(xiàn)場(chǎng)。

　?。?）CAN收發(fā)器PCA82C250

　　PCA82C250為CAN收發(fā)器，是CAN控制器和物理總線間的接口，提供對(duì)總線的驅(qū)動(dòng)發(fā)送能力，CAN控制器的差動(dòng)發(fā)送能力和CAN控制器的差動(dòng)接收能力。他有很強(qiáng)的抗瞬間干擾和保護(hù)總線的能力，具有3種不同的工作模式即高速、斜率控制和待機(jī)?？偩€上的某節(jié)點(diǎn)掉電不會(huì)影響總線，在40m內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速應(yīng)用可達(dá)1Mb/s，最多可掛110個(gè)節(jié)點(diǎn)。管腳8（RS）允許PCA82C250選擇3種不同的工作模式，如表1所示。