1.引言

　　溫度是一個(gè)十分重要的物理量，對(duì)它的測(cè)量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測(cè)與控制溫度：如大氣及空調(diào)房中溫度的高低，直接影響著人們的身體健康；在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線上，環(huán)境溫度不適當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。由此作者提出設(shè)計(jì)一種基于工業(yè)通用的CAN總線標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式測(cè)溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測(cè)被測(cè)對(duì)象的溫度，并且能通過(guò)CAN總線對(duì)溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和網(wǎng)絡(luò)控制的智能測(cè)溫系統(tǒng)。

　　2.整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)所給的設(shè)計(jì)要求，即具有數(shù)字顯示、鍵盤輸入、溫度自動(dòng)采樣、能通過(guò)CAN（Controller Area Network）總線與上位機(jī)進(jìn)行通信、異常情況自動(dòng)報(bào)警等功能。我們可以構(gòu)架出此智能溫度儀表的整體設(shè)計(jì)框圖如下圖1所示。從圖中可以看出整體硬件電路設(shè)計(jì)主要包括：微處理器8051部分、電源電路部分、溫度信號(hào)輸入部分、鍵盤輸入部分、CAN總線通信部分、LED顯示部分[1]。限于篇幅原因，作者在本文將重點(diǎn)介紹溫度信號(hào)輸入和CAN總線通信部分的具體電路設(shè)計(jì)。

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　　3.溫度輸入電路設(shè)計(jì)

　　MAX6675是MAXIM公司生產(chǎn)的基于SPI(Serial Peripheral Interface) 串行外設(shè)接口總線的專用芯片，它不僅能對(duì)K型熱電偶進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償，還能對(duì)熱電勢(shì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理。可廣泛用于工業(yè)、儀器儀表、自動(dòng)化等領(lǐng)域[2]。

　　3.1 MAX6675的結(jié)構(gòu)及工作原理

　　MAX6675的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。GND為地。UCC接電源的正極，該端需經(jīng)外部0.1μF電容接地。T-接K型熱電偶的冷端，并從外部接地。T+接熱電偶的熱端。SCK為串行輸入端，SO為串行輸出端。 為片選端，當(dāng) =0（低電平）時(shí)，串行接口有效。NC為空腳。主要包括8個(gè)部分：①低噪聲電壓放大器A1；②電壓跟隨器A2；③冷端溫度補(bǔ)償二極管；④基準(zhǔn)電壓源；⑤數(shù)字控制器；⑥12位ADC；⑦SPI串行接口（SCK、SO、 ）；⑧模擬開關(guān)（S1—S5）。其工作原理如下：K型熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)（e）經(jīng)過(guò)A1、A2得到放大后的熱電勢(shì)信號(hào)U1，再經(jīng)過(guò)S4送給ADC。有公式：

　　U1=αTΔT=αT（T-T0）

　　其中：αT為K型熱電偶的電壓溫度系數(shù)。αT=41μV/℃。T和T0分別為被測(cè)溫度、冷端的環(huán)境溫度。與此同時(shí)，冷端溫度補(bǔ)償二極管將T0轉(zhuǎn)換成補(bǔ)償電壓U2，有公式：U2=αTT0，U2通過(guò)S5送給ADC。在數(shù)字控制器的控制下，ADC首先將U1、、U2轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再將U1、和U2相加并除以αT，即獲得輸出電壓UO的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)就代表測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際溫度值T。需要指出，U2為毫伏級(jí)信號(hào)，e為微伏級(jí)信號(hào)，因此e必須首先放大成U1，二者才能相加。

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　　圖2? MAX6675的內(nèi)部框圖

　　3.2由MAX6675構(gòu)成的測(cè)溫系統(tǒng)

　　由MAX6675構(gòu)成的測(cè)溫系統(tǒng)電路如圖3所示。將K型熱電偶KH1的T+和T-分別接到MAX6675芯片的T+和T-的引腳上。MAX6675的 為片選端口接到CPU的P1.2引腳、SO輸出端口接到CPU的P1.0引腳、SCK輸入端口接到CPU的P1.1引腳[3]。

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　　4.CAN總線通信電路及程序設(shè)計(jì)

　　4.1 CAN硬件電路設(shè)計(jì)

　　采用AT89C51單片機(jī)微控制器、獨(dú)立CAN通信控制器SJA1000、CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C250及復(fù)位電路IMP708組成的CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)具體電路如下圖4所示[4]。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，本設(shè)計(jì)在SJA1000和CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C250之間增加了光電隔離器6N137。

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　　4.2 CAN通信程序設(shè)計(jì)

　　CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的通信程序設(shè)計(jì)主要包括三部分：初始化子程序、發(fā)送子程序、接收子程序，各個(gè)部分的具體程序如下[5]：

　?。?）CAN總線初始化子程序

　　NODE??? EQU??? 30H ；節(jié)點(diǎn)號(hào)緩沖區(qū)

　　NBTR0?? EQU??? 31H ；總線定時(shí)寄存器0緩沖區(qū)

　　NBTR1?? EQU??? 32H ；總線定時(shí)寄存器1緩沖區(qū)

　　…；定義RAM內(nèi)發(fā)送TXBF、接收RXBF緩沖區(qū),即40H與50H

　　…；再定義相應(yīng)的控制CR、命令CMR、狀態(tài)SR、中斷IR寄存器，即0BF00H-0BF04H

　　AMR???? EQU?? 0BF05H ；接收碼屏蔽寄存器

　　BTR0??? EQU??? 0BF06H ；總線定時(shí)寄存器0

　　BTR1??? EQU??? 0BF07H ；總線定時(shí)寄存器1

　　OCR???? EQU??? 0BF08H ；輸出控制寄存器

　　CDR???? EQU??? 0BF1FH ；時(shí)鐘分頻寄存器

　　… ；定義接收RXB、發(fā)送TXB緩沖器，即0BF14H與0BF0AH

　　CANINI: MOV?? DPTR，#CR?? ；寫控制寄存器

　　MOV?? A，#01H????? ；置復(fù)位請(qǐng)求為高

　　MOVX? @DPTR, A

　　CANI1: MOVX? A, @DPTR???? ；判斷復(fù)位請(qǐng)求有效

　　JNB???? ACC.0, CANI1

　　MOV??? DPTR,? #ACR? ；寫接收碼寄存器

　　MOV??? A, NODE?????? ；設(shè)置節(jié)點(diǎn)號(hào)

　　MOVX?? @DPTR,? A

　　MOV???? DPTR, #AMR? ；寫接收碼屏蔽寄存器

　　MOV??? A, #00H

　　MOVX?? @DPTR, A

　　MOV???? DPTR, #BTR0? ；寫總線定時(shí)寄存器0

　　MOV??? A ,? NBTR0??? ；設(shè)置波特率

　　MOVX?? @DPTR, A

　　… ；同上三行進(jìn)行寫總線定時(shí)寄存器1并設(shè)置好波特率

　　MOV??? DPTR, #OCR?? ；寫輸出控制寄存器

　　MOV???? A, #OFAH

　　MOV???? @DPTR, A

　　MOV???? DPTR, #CDR? ；寫時(shí)鐘分頻寄存器

　　MOV???? A, #00H??? ；將CAN工作模式設(shè)為BasicCAN模式時(shí)鐘2分頻

　　MOVX??? @DPTR, A

　　MOV???? DPTR, #CR? ；寫控制寄存器

　　MOV???? A, #0EH???? ；開放中斷源

　　MOVX??? @DPTR, A

　?。?）CAN總線接收子程序

　　RXSB: MOV???? DPTR, #SR? ；讀狀態(tài)寄存器判斷接收緩沖區(qū)滿

　　MOVX?? A, @DPTR

　　JNB????? ACC.0, RXSB

　　RXSB1: MOV???? DPTR, #RXB? ；將接收的數(shù)據(jù)放在CPU RAM區(qū)

　　MOV????? R0, #RXBF

　　MOVX???? A, @DPTR

　　MOV????? @R0, A

　　INC????? R0

　　INC????? DPTR

　　MOVX??? A, @DPTR

　　MOV???? @R0, A

　　MOV???? B, A

　　RXSB2: INC????? DPTR

　　INC????? R0

　　MOVX?? A, @DPTR

　　MOV???? @R0, A

　　DJNZ???? B, RXSB2

　　MOV???? DPTR, #CMR? ；接收完畢釋放接收緩沖區(qū)

　　MOV???? A, #04H

　　MOVX??? @DPTR, A

　　MOV????? DPTR, #SR? ；讀此狀態(tài)寄存器

　　MOVX??? A, @DPTR

　　…；判斷ACC.1、ACC.7、ACC.6，分別跳到DATAOVER、BUSWRONG、CNTWRONG

　　SJMP?? RECEEND

　　DATAOVER：做相應(yīng)的數(shù)據(jù)益處錯(cuò)誤處理后直接跳到RECEEND

　　BUSWRONG：做總線錯(cuò)誤處理后直接跳到RECEEND

　　CNTWRONG：做數(shù)據(jù)錯(cuò)誤處理

　　RECEEND： ；接收任務(wù)結(jié)束

　?。?）CAN總線發(fā)送子程序

　　TXSB: MOV???? DPTR, #SR?? ；讀狀態(tài)寄存器

　　MOVX??? A, @DPTR?? ；判斷發(fā)送緩沖區(qū)狀態(tài)

　　JNB?????? ACC.2, TXSB

　　MOV????? R1, #TXBF

　　MOV????? DPTR, #TXB

　　TX1: MOV????? A, @R1?????? ；向發(fā)送緩沖區(qū)10填入標(biāo)示符

　　MOVX??? @DPTR, A

　　INC?????? R1

　　INC?????? DPTR

　　MOV????? A, @R1?????? ；向發(fā)送緩沖區(qū)11填入數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

　　MOVX???? @DPTR, A

　　MOV????? B, A

　　TX2:? INC?????? R1

　　INC?????? DPTR

　　MOV????? A, @R1??? ；向發(fā)送緩沖區(qū)12到19送數(shù)據(jù)

　　MOVX???? @DPTR, A

　　DJNZ????? B, TX2

　　MOV????? DPTR, #CMR? ；置CMR.0為1請(qǐng)求發(fā)送

　　MOV????? A, #01H

　　MOVX??? @DPTR, A

　　5.設(shè)計(jì)總結(jié)

　　根據(jù)上述的嵌入式溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的測(cè)溫系統(tǒng)能通過(guò)熱電偶實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度信號(hào)采集，再由MAX6675將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字信號(hào)輸入到微處理器，讓微處理器對(duì)它進(jìn)行自動(dòng)處理后送到LED顯示器顯示出來(lái)，也可以通過(guò)CAN總線送向上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)量溫度和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視控制的功能。整個(gè)系統(tǒng)采用12位的高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，使其溫度測(cè)量誤差可以達(dá)到小于0.1°C,同時(shí)系統(tǒng)也具有良好的實(shí)時(shí)性[6]。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和方法、結(jié)合相應(yīng)的測(cè)溫精度和實(shí)時(shí)性、采用CAN工業(yè)通信總線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出一種基于CAN總線的嵌入式測(cè)溫系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以作為一種通用的小型測(cè)溫系統(tǒng)使用也可以嵌入到其他大型的工業(yè)檢測(cè)與控制系統(tǒng)中。

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