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溫度和濕度的實時控制器的設計

編輯:admin 來源:papersay.com   客服QQ:281788421 (為了更好的為您服務,請先加好友再咨詢)

摘要:作為設計溫度和濕度的主要依據是CAN總線協議的實時控制器,CAN總線基于LPC2378與以太網適配器通訊聯網系統,使溫度和濕度控制器,通過CAN總線,以太網和企業信息監測系統,一個良好的連接;的程序和軟,硬件設計,包括系統裝置的設計,整個系統的綜合報告系統平臺,建設,實時分析結果的實時通信。結果表明:實驗數據更準確地反映了溫度和濕度的監測結果表明,到CAN總線和以太網的實時溫度和濕度監控系統是可行的連接;分布式實時監控系統,以提供援助和研究控制。
關鍵詞:CAN總線,以太網,PIC18F2580,LPC2378
CAN(控制區域網絡)或控制器區域網絡,是最廣泛使用的現場總線之一的國際申請。 CAN總線被設計為最初的汽車環境,微控制器通信,所有在汽車電子控制單元(ECU)之間的汽車電子控制網絡的形成信息交流。作為一個技術先進,可靠性高,功能齊全,成本及合理的遠程網絡通訊控制方式,CAN總線已被廣泛應用于各種自動化控制系統。
從高速網絡到低成本的多路徑布線可以使用CAN總線。例如,在自動控制,智能大廈,電力系統,安全監控等領域,CAN總線具有無比的優越性。在工業控制系統,智能化,信息發布為基礎的發展,需要從外地控制層經營管理,以實現全面的無縫信息集成。工業以太網,以滿足這一要求,以實現工業控制網絡和企業信息網絡的無縫連接,成為控制網絡發展的主要方向,為整個分布式網絡系統,智能控制提供了進行遠程控制[1可能性]。撰文介紹了CAN總線和以太網連接的實時溫度為基礎,濕度監測系統,以實現網絡監控設備和智能。
1系統簡介
1.1 CAN總線與互聯網的發展有關,是CAN總線的有效支持,分布在德國博世公司從20世紀網絡的串行通信控制,80年代初為解決現代汽車的控制和測試數據之間的數量儀器設計的串行數據通信協議交換,技術規格后,2.0A和2.0B總線國際標準的CAN后(ISO11898形成)
。可以按照OSI模型,根據OSI參考模型,可以機構分為兩個層次:數據鏈路層和物理層。在與IEEE802.2和802.3標準,數據鏈路層,根據又分為邏輯鏈路控制層(LLC)和媒體訪問控制層(MAC),物理層變成物理信號法(PLS),物理層劃分中等附件設備層(物業管理),以及媒體相關接口層(MDI)的。由于罐的獨特優勢,使其成為廣泛使用的工業領域。
目前,基于CAN總線的訪問被廣泛使用的應用層協議是DeviceNet和CANopen等。的CAN具有以下主要特點[2]:(1)可以多主,網絡了一個節點可以在任何時間網絡上的其他節點發送信息的主動,不論主從;
(2包標識符),為不同的優先CAN節點,能滿足不同的實時性要求;
(3)CAN總線仲裁使用非破壞性的技術。當多個節點同時將信息發送到總線,有沖突,低優先級的節點會主動退出發送和最優先的節點可能會受到影響,繼續傳輸數據,從而大大節省了總線沖突的仲裁時間(4)只有通過分組識別器CAN節點可以實現點對點和多點全球廣播幾種方式發送接收數據;(5)CAN消息幀結構,短的傳輸時間短,擾亂了概率低,確保數據的錯誤率很低;
(6)可以在自我錯誤的嚴重節點關閉輸出功能,使總線上其他節點的運作不受影響。
  現場總線網絡與工業以太網的結合使得企業的管理可以深入到測控現場,在這種互聯方式下,由以太網構建信息網,通過兩者的有機聯接,從而構成一個中型/大型的遠程監控/數據傳輸網絡[3]。
  1.2系統架構系統由溫度、濕度測控器、CAN以太網通信轉換器、服務器和客戶端組成,如圖1所示。
  溫度、濕度測控器主要負責現場溫度、濕度數據的采集、處理、控制、顯示、報警以及通過CAN總線與通信轉換器進行數據交換。
  CAN、以太網通信轉換器主要負責CAN總線數據的發送和接收,并將CAN的數據通過局域網發送到服務器上。
  服務器負責監控結果數據的存儲和報表的存儲,同時,向客戶端提供訪問服務。
  客戶端通過瀏覽器上因特網訪問服務器上的數據并進行通信和控制。
  2硬件設計溫度、濕度測控器主要分為數據采集、控制和CAN總線通訊3部分
  溫度、濕度測控器的溫度、濕度傳感器采用瑞士圖2溫度、濕度測控器的硬件框圖Fig.2 Structure of temperature and humidity controllerSENSIRION公司的SHT10,傳感器包括1個電容式聚合體測濕元件和1個能隙式測溫元件,并與1個14位A/D轉換器以及串行接口電路在同一芯片上實現無縫連接。SHT10具有超快響應、抗干擾能力強等優點。
  每個SHT10傳感器都在極精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式儲存在OTP內存中,傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。兩線制串行接口和內部基準電壓,使系統集成變得簡易快捷。溫度、濕度測控器的MCU采用微芯公司的PIC18F2580,它是整個溫度、濕度測控器的運算控制單元,它采用16位的RISC指令系統、哈佛總線結構、兩級流水線取指等技術,具有32 KB快閃存內存、4 KB的RAM、片內看門狗、內部EEPROM、CAN控制器等豐富的片內資源,抗抗干擾性能強,功耗低,速度高[4]。PIC18F2580主要負責數據采集與控制,并與通信轉換層適配器進行實時CAN總線數據的通信。
  CAN與以太網通信轉換層硬件框圖如圖3所示,它的處理器采用NXP公司的ARM7TDMI-S核的單片機LPC2378,是一款支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU,處理器時鐘高達72MHz。片內含有高達512 KB的片內Flash和58 KB的片內SRAM存儲器,具有強大的通信接口:10/100M以太網媒體訪問控制器(MAC),2路CAN-bus接口。
  增強型外設4個32位捕獲/比較定時器、1個帶有2 KB電池SRAM的低功耗實時時鐘、看門狗定時器和1個片內4 MHz的RC振蕩器。LPC2378的強大功能為CAN和以太網的通信轉換帶來了極大方便[5]。
  3軟件設計軟件設計的對象主要包括3部分:溫度、濕度測控器的檢測控制和CAN通信,CAN以太網通信轉換,B/S平臺。
  3.1溫度、濕度測控器的軟件設計溫度、濕度測控器的軟件流程
  它主要包括初始化子程序、CAN數據的接收和發送程序、顯示程序、鍵盤掃描程序、控制程序。CAN數據的接收和發送對實時性要求比較高,故采用中斷方式進行處理。微處理器PIC18F2580在程序開始首先要對CAN控制器模塊進行初始化。主要通過測控器本身的地址標識的讀取來對CAN控制器的過濾器和屏蔽器進行配置。屏蔽器用于確定標識符中的哪一位被過濾器檢查,這樣,一旦1條有效的信息被信息緩沖器MAB接收,信息的標識符區域將與過濾器值相比較,若相匹配,則信息將被裝入接收緩沖器。微控制器收到CAN數據后,根據相應命令進行相應動作,如設置相應報警溫度濕度、執行相應控制等,然后,做出相應的應答。
  控制程序主要是通過串行接口對SHT10進行數據讀取,并把讀取數據與設定數據進行比較,運用bang-bang控制通過驅動電路控制中央空調,使得房間保持一定的溫度和濕度。3.2 CAN與以太網通信轉換軟件設計3.2.1 LPC2378的CAN控制器與CAN總線間的數據傳輸LPC2378的CAN控制器帶有1個完整的發送和接收緩沖器串行接口,它是1個雙重接收緩沖器,有了這個雙重的接收緩沖器,芯片可以在對1個報文進行處理時,可接收另一個報文,但它不含有驗收濾波器。驗收濾波器是獨立的器件,它對所有CAN通道進行CAN標識符過濾。
  數據從CAN控制器發送到CAN總線由CAN控制器自動完成。發送程序采用中斷方式,中斷方式發送程序分為發送主程序和中斷服務程序。主程序用于控制信息的發送,中斷服務程序負責發送臨時存儲區中的暫存信息。中斷流程圖見圖5。
  μC/OS-Ⅱ是一個包含時間管理、任務調度等基本功能的小型、輕量級的嵌入式實時操作系統的內核,而且LPC2378是基于ARMTDMI的ARM的內核,其內核與存儲器結構都很適合操作系統的運行[6]。
  以太網控制器采用uC/IP的協議棧,主要使用TCP/IP協議。TCP/IP是面向連接的協議,它在2個TCP之間創建1條虛連接,TCP在運輸層使用流量控制和差錯控制機制來保證數據的可靠性[7]。TCP提供全雙工服務,即數據可在同一時間雙向流動。控制器作為客戶端發起連接。通過TCP/IP數據的收發中斷見圖6。
  對于TCP數據包,LCP2378取出數據,并存入數據區,對數據進行相應分析后,通過CAN控制器發到CAN總線上,對于從CAN總線上接收的數據,同樣存入相應數據區,將數據按照TCP/IP進行封裝發送。
  圖6與以太網通信的中斷方式的數據收發Fig.6 Data exchange with Ethernet through Interruption4實驗測試系統研制成功后,與多個帶有32個節點CAN總線子網系統和以太網環境中進行測試。主要針對TCP/IP協議和CAN協議的數據通信實現對其性能和穩定性進行驗證。圖7所示為使用ZLGCANTest工具監測到的數據截圖。
  圖7 CAN總線數據截圖Fig.7 CAN field
bus screenshot整個系統正式投入運行后,到目前為止已經投入運行半年時間,系統運行穩定,沒有出現數據丟失或者由于總線沖突導致的節點自動脫離總線的現象。
  5結論
  (1)所設計的基于CAN總線與以太網互聯的實時溫度、濕度監控系統在某數據中心得到應用,系統中采用的底層使用CAN總線通信,中間層使用以太網通信,上層通過服務器與因特網連接,經過長時間的測試和運行,并與其他通信方式相比較,CAN總線通信方式穩定性良好,可靠性高。
  (2)由于原數據中心測控裝置分布較分散,房間數量多,導致房間溫度、濕度控制不穩定甚至導致事故發生。采用該系統以后,不僅所有的房間溫度、濕度可以乾地遠程實時監控,而且整個測控系統的穩定性、準確性大大提高。
  (3)實踐證明,基于CAN總線與以太網互聯的實時監控系統的系統是可行的,符合未來監控技術的發展趨勢。另外,該系統也可以應用于其他需要實時監控的領域。
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