CAN總線在分布式烤煙控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
眾所周知,我國是一個(gè)煙草大國,煙草行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。
煙草行業(yè)涵蓋煙葉種植、煙葉烘烤、煙葉發(fā)酵、卷煙生產(chǎn)及銷售等環(huán)節(jié),各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程、管理水平、生產(chǎn)能力和生產(chǎn)質(zhì)量都將直接影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。在整個(gè)煙草生產(chǎn)過程中,煙葉烘烤的質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用,然而令人遺憾的是,目前貴州省乃至全國煙農(nóng)多數(shù)使用人工作坊式進(jìn)行煙葉的烘烤,烤房?jī)?nèi)的溫度、濕度等對(duì)煙葉質(zhì)量有影響的環(huán)境參數(shù)只能靠人工方式進(jìn)行測(cè)量和控制,因而無法保證烤煙的質(zhì)量,使得農(nóng)民的收入沒有得到明顯提高。為了保證烤煙質(zhì)量,必須采取先進(jìn)的控制手段來對(duì)環(huán)境溫度和濕度以及持續(xù)時(shí)間進(jìn)行有效控制,自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展給烤煙環(huán)境的精確控制帶來了可能。
本系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線和單片機(jī)控制技術(shù),構(gòu)建了分布烤煙控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)分散在不同位置的烤房進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
1 CAN總線概述
當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)正迅速向分散的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)方向發(fā)展,現(xiàn)場(chǎng)總線的使用,使得包含工業(yè)控制系統(tǒng)在內(nèi)的各類控制系統(tǒng)的控制功能徹底下放到控制現(xiàn)場(chǎng),系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高。
在眾多的現(xiàn)場(chǎng)總線中,CAN(Control Area Network)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在各類控制系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。CAN總線協(xié)議簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)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(tǒng)中。因此,考慮到行業(yè)特點(diǎn)及控制要求,在方案中我們選擇了CAN總線作為整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
2 控制系統(tǒng)方案
本系統(tǒng)基于CAN總線構(gòu)建,將CAN總線接口內(nèi)置于烤煙控制器中,并使用雙絞線作為總線連接至監(jiān)控計(jì)算機(jī)的CAN總線適配器,形成分布式控制系統(tǒng),如圖1所示。
圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.1烤煙控制器
內(nèi)置單片微控制器(AT89C52)的烤煙控制器對(duì)烤煙環(huán)境的溫度及濕度進(jìn)行采樣,依據(jù)一定的控制規(guī)律(烤煙環(huán)境的溫度和濕度控制規(guī)律)產(chǎn)生控制信號(hào)對(duì)溫度及濕度進(jìn)行控制,并接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送來的命令完成控制參數(shù)的修改或上傳檢測(cè)到的溫度和濕度。
由于烤煙過程對(duì)環(huán)境的要求并不是非常高,為簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),降低成本,使用了如下方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。
溫度的采樣采用全數(shù)字溫度傳感器DS18B20(DALLAS公司生產(chǎn)),該傳感器使用串行接口(1-Wire總線)與微控制器連接,測(cè)量溫度最高達(dá)125℃,精度可達(dá)0.005℃,完全可滿足烤煙溫度檢測(cè)的需要;而溫度的調(diào)節(jié)直接通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)火門控制進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行。
環(huán)境的濕度可間接從采樣到的濕球溫度計(jì)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(jī)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(xié)議接口芯片、6N137光電隔離器和82C250總線收發(fā)器構(gòu)成。
2.2 監(jiān)控計(jì)算機(jī)
利用CAN總線適配器(USB接口)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制信息和CAN總線協(xié)議數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換,完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制節(jié)點(diǎn)的集中管理。
監(jiān)控軟件采用Visual Basic平臺(tái)進(jìn)行開發(fā),完成對(duì)控制節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
3 烤煙控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
依據(jù)上述控制功能要求,烤煙控制節(jié)點(diǎn)包含AT89C52、LCD顯示器、CAN總線接口電路、兩片DS18B20、兩套直流電機(jī)控制電路,如圖2所示。
評(píng)論