基于CAN总线的菱镁板养护房自动控制系统设计

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菱镁板是采用氧化镁 、氯化镁 、粉煤灰等为主要原料，并与-定比例的珍珠岩、玻璃纤维网格布、木质纤维等混合加工而成的-种新型多功能建材。

具有轻质、防火、高强、吸音、隔热、无毒无害、耐腐蚀、不霉变等特点↑年来，建筑行业在迅速发展的同时，也暴露出了-些问题，防火问题便是其中之-。 菱镁作为难燃材料，是我国的优势矿产之-，也是建筑防火的选材料[1]。

菱镁板生产后期的养护工作极大程度上影响着菱镁板材的质量。目前，生产菱镁板的厂家大都采用半机械方式，且对生产后期的养护工作未进行任何处理，都是让板材在自然条件下完成养护工作 ，养护所耗时间很长 ，且最终生产出来的菱镁板材的质量不尽人意，造成很大的浪费。所以，对菱镁板养护温度、湿度等条件进行检测，分析温度、湿度变化，使温度、湿度等外界条件保持在规定范围内，具有重要意义。

为了使所生产出的菱镁板质量更好，我们设计了-套 自动改变温度、湿度的菱镁板养护房 自动控制系统。

1 CAN总线技术简介CAN是控制器局域网(Controler Area Network)的简称，作为-种先进的串行通信协议 ，它最初是为了解决汽车中数量众多的电子设备之间的通信问题，减少电子设备之间繁多的信号线而设计的-种单-网络总线。1993年 11月，ISO组织正式颁布CAN国际标准 ISO 11898(高速应用，数据传输速率小于 1Mbit/s)和ISO 11519(低速应用 ，数据传输速率小于 125kbids)。CAN总线可以分为多主式和主从式两种结构 ，其传输介质可以使用光纤 、同轴电缆和双绞线[21。

2 总体方案设计基于 CAN总线的养护房 自动控制系统的组成如图 1所示。从图 1见，自动控制系统主要由三层组成：PC主机 、CAN总节点和 CAN从节点，各节点之间的相互通信采用 CAN总线协议。系统 CAN主机通过 CAN接口对从节点进行管理，接收温度、湿度以及设备运行数据，并通过 RS232或 USB传送给主机，CAN主机对各从节点的终端进行智能控制。

I I I I圆 圆 ：由图 1 自动控制系统的组成自动控制系统各个拈的具体功能如下：(1)PC机通过 RS232或 USB与 CAN主控制器- 71-2013年第 5期 混凝土与水泥制品 总第205期连接，主控点将从各节点传回的数据传送给 PC机进行显示，方便对各数据进行实时监测和分析。

(2)CAN主控点的任务主要是采集个从节点的数据，将采回的数据传送给 PC机进行显示，并发出控制命令 ，控制各从节点的相应动作。

(3)CAN负责采集传感器的数据，通过 CAN总线传送给主控点 ，接受来 自主控点的命令，并将控制信号发送给各执行机构。

3 系统硬件设计3.1 总线接口设计CAN总线接口电路是系统中各个节点相互通信的接口，本系统选用Philip公司的SJA1000独立控制器作为 CAN总线控制器，TJA1040作为 CAN总线收发器，硬件电路图如图2所示。采用高速光耦 6N137实现收发器与控制器之间的电气隔[3。

3.2 DC/DC电源隔离拈图 2 硬件电路图为了更好地抑制干扰，提高可靠性，采用了DC/DC电源拈来供电，型号为B0505D-lW。由于输出负载电路仅仅包含TJA1040、6N137电路，功率消耗很小，所以在其输出电压端并联两个 120欧的电阻，其电路图如图3所示。

图3 DC/DC电源隔离拈电路图3.3 与 PC机的通信接口在本系统中，PC机与控制器的接 口有两种 ：- 72-RS232以及 USB。RS232接 口采 用美信公 司的MAX232，供电电压为5V，能提供多通道的RS232驱动器，通过rI.2IN和 R2OUT与主控制器的TXD和RXD相连进行通信，它与PC机的通信是通过-个DB9的接口将信号线 T2OUT和 R2IN进行连接的，RS232的连接 电路如图 4所示 。USB接 口采用U2 MAX232 D CpmmeetoO图4 RS232的连接电路图周 梅，杨向萍 基于 CAN总线的菱镁板养护房自动控制系统设计Prolifc公司的 PL2303，PL2303是-种高度集成RS232-USB接口转换器，可提供-个 RS232全双工异步串行通信装置与 USI3功能接口便利连接，通过几只外接电容实现 USB信号与 RS232信号之间的转换。USB接口在此即可以作为与 PC机的通信接口，也可以作为系统的供电接口，给整个系统提供电源，USB供电方案如图5所示。

3.4 温度传感器设计图5 USB供电方案温度传感器采用美国DALLAS半导体公司的DS18B20，其体积小，且支持单点接 VI方式、多点组网功能，不需要任何外围器件，可使成本大大降低 ，并提高系统的可靠性 。DS18B20有三个主要数字部件：①64位激光 ROM；②温度传感器；③非易失性温度报警触发 TH和 TL，其内部结构见图6。

DS18B20通过 DQ与单片机 STC89C51连接 ，另外两只引脚 VCC接到电源上，GND接地 ，它与单片机的接口电路如图7所示。

- 存储器和控制逻辑l7 I64位 ... .I .～ 内部 VDD ROML 和单线2 端口 暂存器 c ·- L-1电源探铡[--图6 温度传感器内部结构独立的 CAN控制器 SJA100必须在上电或硬件复位后设置 CAN通信。在由主控制器操作期间，它图7 DS18B20与单片机的接口电路图- 73-2013年第 5期 混凝土与水泥制品 总第205期可能会发送-个软件复位请求，SJA100会被重新配置初始化。SJA100的初始化过程如下：假设上电后独立 CAN控制器得到-个低电平复位脉冲，使它进入复位模式，在设置 SJA100的寄存器前，主控制器通过读复位模式/请求标志来检查 SJA100是否已达到复位模式。时钟分频器定义实现 ：BasicCAN和PeliCAN模式选择、是否使能 CLKOUT引脚、是否旁路 CAN输入比较器和 TX1输出是否用作专门的接收中断输出。总线定时寄存器完成：总线的位速率、周期内的位采样点、-个位周期里采样的数量。初始化的具体过程如图 8所示。

配置时钟分频寄存器PeliCAN或者BasicCAN( AN输入旁路比较大；CLKOUT控制和频率；④用TX1r---------------- ----] 1 里墨堡 垡里塑垦堕童 堡 II厂- ] 配置输出控制寄存器进入正常操作模式苎 !兰：i 坚如果被用：使能CAN中断，在主控制器中使能CAN中断源结 束 配 置N0图 8 初始化具体过程4.2 CAN转 RS232串口程序CAN转 RS232串口程序流程图如图 9所示。

程序开始，首先退出SJA100硬件复位模式，再对 SJA100进行初始化。初始化完成后对控制器进行初始化，程序进入中断，判断是否接收到中断，如果接收到中断，将中断标志清零、接收 CAN总线数据，并将数据发送到串口，再判断串El收到数据否，若串口收到发送标志，将标志清零并将串口数据发- . 74-。

开 始lSJAIO00退出硬件复位模式lSJ1000初始化 ：设置波特率、设置地址 ID、设置输出方式、开发 CAN中断l ·初始化MCU：初始化串口、开放串口中断、开放全局中断接收中断NY.I接收CAN总线数据，并把l数据发送到串口子程序串口接收到数据NY 发送串口数据到CAN总线子程序- - -- - - -- L----------- 、， r------------------------------- 超载中断 -二- 数据溢出子程序N----·-------1 V r---------------------- 错误中断 - -- 总线错误处理子程序图 9 CAN转 RS232串lYl程序流程图送到CAN总线子程序∮下来判断是否有超载，若有则将标志清零并进入数据溢出子程序，最终判断是否有错误，如果有错误，则进入总线错误处理子程序进行相应处理，完成-个循环过程，回到中断标志位的判断。

5 结语本文介绍的是针对菱镁板养护房养护问题设计的，基于CAN总线的自动控制系统，对于菱镁板生产线而言是-种新的概念 ，已经在菱镁板生产线养护房投入试用∝制养护房内的温度、湿度、光照等环境因素，提高菱镁板材的质量。该系统具有可靠性、实时性和抗干扰等特点，适合用于菱镁板养护房的自动控制。