基于CAN总线的温度和湿度检测模块设计（毕业设计46页22238字+图+程序全套）
摘要：CAN总线是一种多主方式的串行通讯协议，以其高比特率、高抗电磁干扰性、高实时性，在汽车工业、航空工业和工业控制等对数据实时性要求较高的领域中得到了广泛应用。本次设计采用Philips公司的ARM7微处理器LPC2292作为主控芯片，基于CAN总线设计、开发了一个两级传感器系统，实现对环境温湿度的实时检测。在硬件设计上，第一级系统主要由PC机、LPC2292控制芯片和LED显示电路构成，第二级系统主要由基于温湿度传感器SHT10设计的数据采集电路、基于收发器TJA1050设计的数据收发电路和主控芯片LPC2292构成；在软件设计上，主要由串口通讯程序、CAN通讯程序和传感器驱动程序构成系统软体。两级系统通过收发器同CAN总线连接并实现数据的互换。该设计测量温度的精度为±0.5℃，测量湿度的精度为±4.5%RH，系统反应时间小于1秒。总体来说，该设计的检测范围较广、稳定性和精度较高、设备简易、性价比高，很好的实现了对环境温湿度的实时检测。
关键字：CAN总线；LPC2292；传感器；TJA1050；LED
The Design of Humidity and Temperature Detection Modular Based on CAN Bus
Abstract: CAN Bus is a multimaster way of serial communication protoco, has high bit rate, high resistance to electromagnetic interference and supports realtime control with a very high level. Therefore, CAN bus have been widely used in the automobile industry, aviation industry and industrial control fields which require high level of realtime. This design uses the ARM7 micro process unit (LPC2292) of Philips Corporation as the main control chip, design a two levels sensor system based on CAN Bus which realized realtime detection for the environment. On the design of the hardware, the first level is consist of the PC, LPC2292 and the LED display Circuit，the second level is consist of the data gather Circuit based on SHT10, the transceiver Circuit based on TJA1050 and LPC2292; On the design of the software, it is consist of serial interface communication program, CAN Bus communication program and the sensor driver. The two levels of the design is connected by CAN Bus through the transceiver (TJA1050). The Precision of the temperature is ±0.5℃,the Precision of the humidity is ±4.5%RH and the Respond time less than one second. In general, the system has wider temperature and humidity measurements scope, higher stability and precision, simple equipment and higher performance-price ratio. It is very good to have realized the realtime detection for the environment.
Key words: CAN Bus, LPC2292, Sensor, TJA1050, LED
目 录
第１章 绪 论 1
1.1 选题背景与依据 1
1.1.1 选题背景 1
1.1.2 发展及现状 1
1.1.3 选题意义 2
1.2 系统综述 3
1.2.1 系统工作过程 3
1.2.2 系统总体构成 3
第2章 系统原理介绍 5
2.1 CAN总线协议和工作原理 5
2.1.1 CAN总线的特性 5
2.1.2 CAN的报文格式 5
2.1.3 CAN的两种存在形式 6
2.1.4 CAN的可靠性分析 6
2.2 传感器原理 7
2.2.1 传感器的分类 7
2.2.2 传感器的应用领域 8
2.3 串口通讯原理 10
2.3.1 RS-232串行通信方式 10
2.3.2 RS-232电平与TTL电平 比较 11
2.4 I2C总线 12
2.4.1 总线特征 12
2.4.2 总线工作原理 13
2.4.3 总线基本操作 13
第３章 系统方案选择与电路设计 15
3.1 各模块方案的选择 15
3.1.1 系统微控制器的选择 15
3.1.2 传感器的选择 15
3.1.3 通讯模块总线的选择 16
3.1.4 显示模块的选择 16
3.1.5 CAN收发器的选择 17
3.2 温湿度采集模块电路设计 18
3.3 显示模块电路设计 19
3.3.1 状态显示电路设计 19
3.3.2 温湿度显示电路设计 19
3.4 CAN收发器外围电路设计 21
3.5 电源模块电路设计 22
3.6 JTAG接口电路设计 22
3.7 RS-232接口电路设计 23
3.8 系统时钟电路 24
3.9 系统复位电路设计 25
第４章 软件系统设计 26
4.1 CAN总线通讯程序设计 26
4.1.1 自收发程序调试 26
4.1.2 主控节点控制程序设计 27
4.1.3 从CAN控制程序设计 28
4.2 传感器驱动程序设计 29
结论 32
致谢 33
参考文献 34
附录1 35
附录2 36
附录3 37
附录4 38
第１章 绪 论
1.1 选题背景与依据
1.1.1 选题背景
在80年代末CAN最初出现在汽车工业中，是由德国的Bosch公司最先提出。当时，由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电子操作的，这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线。提出CAN总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。于是，他们设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件可以被挂接在该总线上。1993年，CAN 已成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519（低速应用）。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的比特率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。
温湿度检测系统的应用前景宽广，工农业生产，科学研究，生活等领域都离不开温湿度控制系统。比如农业上要求能够实现智能化农业生产管理得利用温湿度检测系统；要实现养殖业的规模化与自动化，让被养殖的动物在他们适宜的温度与湿度下生长，这对养殖产业的发展和壮大起着十分重要的作用；粮食的储存也需要对温湿度进行严格的控制，以防止粮食的变质；在科学研究方面，温湿度检测系统能够保证温度、湿度的恒定或者变化，适应与科学的研究，排除或者考察温湿度对某项研究起到的作用。
1.1.2 发展及现状
CAN总线在组网和通信功能上的优点，以及它的高性价比决定了它在许多领域都有广阔的应用前景和发展潜力。大型仪器设备系统复杂，需要对多种信息进行采集、处理、控制、输出等操作。如医疗器械CT断层扫描仪，为保证其可靠工作，在数据通信上要求功能块间可随意进行数据交换、通信能以广播方式进行、简单经济的硬件接口、通信线尽量少、抗干扰能力强、可靠性高并能自动进行故障识别和自动恢复。但是，这些要求长时间未能得到很好的解决，直至CAN总线技术出现才提供了一个较好的解决方法。
在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境温湿度进行测量和控制。准确测量温湿度对于生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。但是相比而言，测量湿度要比测量温度更复杂，这是因为温度是个独立的被测量，而湿度却受大气压强和温度的影响。目前，温湿度测量领域的新技术不断涌现，新产品也层出不穷。主要表现在以下两方面：
1、温湿度传感器正从分立组件向集成化、智能化、系统化的方向迅速发展，为开发新一代温湿度测控系统创造了有利条件；
2、在温湿度测量系统中普遍采用线性化处理、自动温度补偿和自动校准湿度等新技术。
随着信息时代的到来，数字化技术的发展，传感器技术也得到了显著的发展。现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。
1.1.3 选题意义
在以往的国内测控领域，由于没有更好的选择，大多采用BITBUS或RS-485作为通信总线。其不足主要有：只能有一个主节点,主节点一旦出现故障就可能引起系统瘫痪；数据通信为命令响应，传输率低；错误处理能力弱。采用CAN总线技术后即可解决上述问题。CAN网络上任何一个节点均可作为主节点主动地与其它节点交换数据；CAN网络节点的信息帧可以分出优先级，这对于有实时性要求的控制提供了方便；CAN的物理层及数据链路层有独特的设计技术，使其在抗干扰以及错误检测等方面的性能均大大提高。CAN的上述特点使其成为诸多工业测控领域中首选的现场总线之一。
温湿度控制系统的应用前景宽广，广泛应用于农、林、牧、副、渔和工业生产的控制中，如各种仓库（ 冷库、保鲜库、粮库等）、各种日光温室、大棚、机房、图书馆、食品加工（酒、酱油、醋及各种发酵工艺）孵化、养殖业等需要温湿度监测和控制的场所等等，产品应用先进的单片机技术，智能程度高、数据稳定可靠，它除了可单独控制各种设备进行温湿度控制或报警外，还可通过扩展接口进行其他设备的实时控制和远程控制。配合计算机可组成综合环境数据监控网。数据可通过总线传输到计算机进行记录或打印、遥控。温湿度自动化控制器与计算机连接，可实现多点远距离通讯。计算机通过系统监控软件提供温湿度自动化控制器和整个系统的交互功能，以及通过数据通讯线路与现场控制机的交互功能。现场数据采集部分通过各种传感器分别对各种环境因素数据进行实时、不断的自动收集。现场控制机通过传感器收集现场数据采集各种资料，由现场监控软件进行处理并进行实时控制。
我们选用ARM7微处理器来完成这次的温湿度检测系统，因为ARM7有着较MCS51（传统的8位单片机）更多的RAM资源，ARM7的片内FLASH可达到256KB是MCS51的16倍。并且ARM7系列队工业控制体现出良好的稳定性与时速性，它的主频最大可达到60MHZ。
选用周立功EasyARM2200实验板为参考板，主控芯片是LPC2292。不仅能够对我的大学四年的知识进行一个总结运用，而且能够紧跟时代的发展脉搏，吸取最新鲜的知识体系。并且运用ARM微处理器设计出来的温度控制系统体系（上/下位机）有着较好的市场前景，顺应技术的发展。
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