基于CAN總線的電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2011)畢業(yè)設(shè)計說明書電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計專業(yè)電氣工程及其自動化學生姓名吳金班級bd電氣071學號0720601123指導教師孫宏國完成日期2011年6月5日電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計摘 要：設(shè)計了一款基于can總線的汽車儀表控制系統(tǒng)。該汽車儀表控制系統(tǒng)主要由專用電源芯片、單片機stc89c52、can獨立控制器sja1000、can收發(fā)器pca82c250、光耦芯片6n137、max232電平轉(zhuǎn)換芯片等元器件組成。專用電源芯片用于為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定電源，汽車各個目標電氣節(jié)點可以通過can總線將參數(shù)傳輸給單片機stc89c52 ，單片機stc89c52

2、主要負責分析處理數(shù)據(jù)，并通過液晶顯示相關(guān)信息。系統(tǒng)還可通過rs232把單片機系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)上傳給pc機來進一步對數(shù)據(jù)的分析或?qū)?shù)據(jù)的存儲。系統(tǒng)使用can總線實現(xiàn)顯示信息的傳送，共享車上其它模塊處理的信息，使車內(nèi)布線簡單、傳輸及顯示信息可靠、儀表體積小、系統(tǒng)擴展能力強、實時性好、精確度高、顯示信息全面直觀。關(guān)鍵詞：儀表；can總線；單片機the design of electric vehicles instrumentation control systemabstract: this study was undertaken to design an instrumentation cont

3、rol system based on can bus. the control system mainly consists of special power supply module, single-chip computerstc89c52, can independent controller sja1000, can transceiver pca82c250, light-coupler 6n137, and max232 level transition chip and so on. special power supply chip is used for supplyin

4、g stable power for the whole system, can bus is responsible for transmitting data needed by display system to the microprocessor stc89c52, stc89c52 is mainly responsible for the analysis of data processing, and through the lcd related information. the whole system can upload relevant data of the sin

5、gle-chip computer system to the pc which can analyze the data or the data storage further through rs232. the system has realized the share of information of the electric vehicle by the can bus, which make the layout of the electric vehicles wire become simple, decrease the dependence of instrument t

6、o wires, and increase the stability of the electric vehicle.key words: instrumentation; can bus; single-chip computer鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2011)目 錄1. 概 述.11.1 課題研究背景及意義.11.2 本課題在國內(nèi)外的研究概況.11.3 本課題研究內(nèi)容.12. 總體方案設(shè)計.22.1 系統(tǒng)的功能與要求.22.2 系統(tǒng)組成及介紹.23. 車用儀表控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計.53.1 單片機最小系統(tǒng).53.2 rs-232串行通信接口電路. .73.3溫度傳感器及其硬件接

7、口電路設(shè)計.93.4光電測速傳感器及其硬件接口電路設(shè)計.103.5 液晶顯示模塊硬件設(shè)計.113.6 can通信原理及其實現(xiàn).133.7電源電路硬件電路設(shè)計.184. 車用數(shù)字儀表系統(tǒng)的軟件設(shè)計.184.1 開發(fā)語言簡介.184.2 軟件總體設(shè)計.184.3 部分模塊程序設(shè)計介紹.195. 系統(tǒng)安裝與調(diào)試.215.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試.215.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試.226. 結(jié)束語.23參考文獻.25致 謝.26附 錄 . 26附錄1：程序清單.28附錄2：設(shè)計圖紙.37附錄3：元器件目錄表.39電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計1. 概 述1.1 課題研究背景及意義汽車走過了100多年的發(fā)展歷程，汽車儀表也

8、在不斷開發(fā)和發(fā)展之中。汽車儀表發(fā)展，按其工作原理上取得的重大技術(shù)創(chuàng)新來分，經(jīng)過了4代：第1代汽車儀表是基于機械作用力而工作的機械式儀表，即機械機心表；第2代汽車儀表的工作原理基于電測原理，即通過各類傳感器將被測的非電量變換成電信號加以測量，稱之為電氣式儀表；第3代為模擬電路電子式；第4代為步進電動機式全數(shù)字汽車儀表。目前汽車儀表正在經(jīng)歷由第3代向第4代轉(zhuǎn)型時期。第4代汽車用儀表工作原理與電氣式儀表基本相同，只是用電子器件取代原來的電氣器件。由于現(xiàn)代汽車儀表所要顯示的內(nèi)容和信息種類越來越多，精度越來越高，傳統(tǒng)電氣式儀表難以滿足更高層次要求，因而汽車儀表的電子化和數(shù)字化將成為必然趨勢。同時為了滿足

9、各子系統(tǒng)的實時性要求，有必要對汽車公共數(shù)據(jù)實行共享，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、油門踏板位置等。但每個控制單元對實時性的要求是因數(shù)據(jù)的更新速率和控制周期不同而不同的。這就要求其數(shù)據(jù)交換網(wǎng)是基于優(yōu)先權(quán)競爭的模式，且本身具有較高的通信速率，can總線正是為滿足這些要求而設(shè)計的。本課題通過儀表與微處理器，基于can總線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字電子器件代替原有的機械機芯表、電氣式儀表和模擬電路電子儀表，把各參數(shù)的測量數(shù)字化，有利于和汽車其它的電子集中控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，有利于汽車集中控制系統(tǒng)的發(fā)展和實現(xiàn)，此外還使得汽車儀表的功耗、安全性、可靠性、舒適性得到更好的提高。通過調(diào)整電路參數(shù)還可適應不同種類和量程的產(chǎn)品需求，

10、使得汽車儀表在結(jié)構(gòu)的通用化、模塊化、標準化、系列化程度大大提高，進而簡化了生產(chǎn)工藝和制造設(shè)備。1.2 本課題在國內(nèi)外的研究概況我國的汽車儀表與國外發(fā)達國家相比，技術(shù)水平有相當大的差距。例如，當今國外發(fā)達國家普遍使用全數(shù)字式汽車儀表，而且絕大部分是基于can總線的步進電動機式汽車儀表，并且正積極準備向更高方向發(fā)展。而國內(nèi)真正民族汽車儀表廠，還沒有批量生產(chǎn)出該類型的儀表，只有德國vdo公司和美國德科公司在我國設(shè)廠生產(chǎn)。雖然國內(nèi)汽車儀表界一致看好全數(shù)字式汽車儀表，特別是步進電動機式汽車儀表。但我國民族汽車儀表生產(chǎn)廠家從事汽車儀表設(shè)計的工程技術(shù)人員，絕大部分還不具備這方面的知識能力，自主開發(fā)還不具備技

11、術(shù)條件，汽車儀表機心技術(shù)便是其中一例?，F(xiàn)在可以肯定地說，帶ecu的全數(shù)字式汽車儀表，特別是步進電動機式汽車儀表，是當今和未來一段時間汽車儀表的主導技術(shù)。1.3 本課題研究內(nèi)容本課題研究內(nèi)容是以單片機為核心的儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，車輛儀表是駕駛員與汽車進行信息交流的重要接口和界面，是車輛安全行駛的重要保證。本文中提出用單片機、數(shù)字式溫度傳感器ds18b20，速度傳感器、can總線等設(shè)計了一種車用儀表控制系統(tǒng)，具體研究內(nèi)容如下：a) 儀表控制系統(tǒng)的相關(guān)資料查詢和設(shè)計要求的分析。b）設(shè)計控制系統(tǒng)的總體方案，畫出整個系統(tǒng)的原理框圖。c）系統(tǒng)硬件設(shè)計：包括cpu型號、傳感器的選擇、檢測電路的設(shè)計、c

12、an通信接口電路的設(shè)計、電源電路等。d）系統(tǒng)軟件設(shè)計：要求設(shè)計系統(tǒng)各個模塊的流程圖和相關(guān)軟件設(shè)計，如溫度、速度、can通信模塊程序等。e) 對所設(shè)計的汽車儀表控制系統(tǒng)進行功能測試，查找并修改系統(tǒng)錯誤。f) 分析總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計過程中遇到的問題。2. 總體方案設(shè)計本次設(shè)計的是車用儀表控制系統(tǒng)的解決方案。此儀表系統(tǒng)要求顯示直觀、準確，使用方便、可靠，同時展現(xiàn)車用儀表系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢和廣闊開發(fā)空間。單片機是整個系統(tǒng)的核心，與汽車儀表密切相關(guān)的一些汽車基本行駛信息（車速、溫度）是單片機所需要處理的信息，系統(tǒng)的整個can通信也由單片機來控制。系統(tǒng)軟件是實現(xiàn)系統(tǒng)功能最根本的手段，系統(tǒng)的抗干擾能力是系統(tǒng)能否穩(wěn)

13、定可靠工作的基本保證。通過對它們的一些理論分析和研究，最終對系統(tǒng)方案做出一個總體的設(shè)計。2.1 系統(tǒng)的功能與要求設(shè)計一套車載智能儀表，用于顯示和記錄汽車行駛過程中的各種狀態(tài)信息，具體實現(xiàn)功能應達到如下要求：a) 采用通用單片機，用軟件實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。b) 汽車在行駛過程中各狀態(tài)參量的數(shù)據(jù)采集，主要包括以溫度為代表的模擬量和以車速為代表的脈沖量的采集。c) 車載信息的lcd顯示，具有汽車速度、溫度等汽車行駛過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)的功能d) 利用can總線進行數(shù)據(jù)通信，將采集的數(shù)據(jù)匯總進行處理，首先必須進行可靠的數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)采用can總線作為數(shù)據(jù)的通信網(wǎng)絡(luò)。對can總線兼容的硬件、軟件進行設(shè)計。2

14、.2 系統(tǒng)組成及介紹 本系統(tǒng)由單片機模塊、測溫模塊、測速模塊、顯示模塊、電源模塊、串口通信模塊、can通信模塊等部分構(gòu)成。系統(tǒng)組成如圖2-1所示。單片機模塊電源模塊串口通信模塊lcd顯示can控制器溫度信號車速信號can收發(fā)器測溫模塊測速模塊圖2-1 系統(tǒng)組成框圖2.2.1 單片機模塊單片機模塊是整個系統(tǒng)的核心，完成以下功能：輸入數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換，驅(qū)動液晶顯示，控制can通信等功能。根據(jù)系統(tǒng)的要求和現(xiàn)實的考慮，選用宏晶公司生產(chǎn)的stc89c52rc通用單片機。stc89c52是一種帶8k字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器fperom（flash programmable and erasable r

15、ead only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，它是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。與intel公司的mcs-51系列單片機相兼容，是廣泛應用的單片機之一。2.2.2 串口通信模塊單片機的串口通信模塊主要是用于擴展單片機的功能，使其功能更加強大，操作更加方便，在有串口通信模塊的情況下，可以實現(xiàn)在電腦上直接對整個系統(tǒng)進行操作，如監(jiān)控該系統(tǒng)，直接獲取相關(guān)信息到電腦上，如車速，溫度；也可以

16、在計算機上直接對該系統(tǒng)的單片機進行讀寫控制，如可以直接寫入本設(shè)計需要的程序，直接控制與測溫相關(guān)的溫度調(diào)節(jié)。串口通信模塊最主要的功能是用于后續(xù)功能擴展，以使單片機具備更多的功能。2.2.3 can通信模塊根據(jù)can通信原理，本系統(tǒng)所選mcu不帶can控制器。因此采用了傳統(tǒng)的can通信模塊即采用51系列的單片機作為中心處理器，sja1000作為can控制器，pca82c250作為can驅(qū)動器。這種方案雖然選用芯片多，所占空間大，外圍接口擴展局限，但其使用更為靈活、方便。2.2.4 測溫與測速模塊車速、溫度是汽車的基本信號之一，都是通過傳感器來采集。a) 溫度傳感器溫度傳感器主要用于檢測發(fā)動機溫度、

17、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點，其應用場合也略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應特性較好，但線性差，適應溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。而本系統(tǒng)卻選擇了dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器ds18b20。因為其不需復雜的信號調(diào)理電路和a/d轉(zhuǎn)換電路能直接與單片機完成數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)方便、精度高，并能夠使制板的成本降低。b) 轉(zhuǎn)(車)速傳感器轉(zhuǎn)速傳感器的類型很多，因為光電傳

18、感器具有線性度好、分辨率高、噪音小和精度高等優(yōu)點，所以我們選擇光電轉(zhuǎn)速傳感器來進行轉(zhuǎn)速的檢測。光電轉(zhuǎn)速傳感器原理：光電轉(zhuǎn)速傳感器是根據(jù)光敏二極管工作原理制造的一種感應接收光強度變化的電子器件，當它發(fā)出的光被目標反射或阻斷時，則接收器感應出相應的電信號。它包含調(diào)制光源，由光敏元件等組成的光學系統(tǒng)、放大器、開關(guān)或模擬量輸出裝置，光電式傳感器由獨立且相對放置的光發(fā)射器和收光器組成。當目標通過光發(fā)射器和收光器之間并阻斷光線時，傳感器輸出信號。它是效率最高、最可靠的檢測裝置。2.2.5 電源及l(fā)cd顯示模塊a) 電源模塊電源是整個系統(tǒng)能正常工作的保證，電源的穩(wěn)定性決定著系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。系統(tǒng)選擇了一種固

19、定電壓(5v)三端集成穩(wěn)壓器78l05，其適用于很多應用場合。像牽涉到單點穩(wěn)壓場合需要限制噪聲和解決分布問題的。此外它們還可以和其它功率轉(zhuǎn)移器件一起構(gòu)成大電流的穩(wěn)壓電源,如可驅(qū)動輸出電流高達100毫安的穩(wěn)壓器。b) lcd顯示模塊（lcm）當前市場上液晶顯示器種類繁多，按排列形狀可分為字段型、點陣字符型和點陣圖形型。字段型以長條狀組成的字符顯示，主要用于數(shù)字顯示。但在單片機應用系統(tǒng)中，比較常用的是點陣字符型lcd顯示器。要使用點陣字符型lcd顯示器，必須有相應的lcd控制器、驅(qū)動器，來對lcd顯示器進行掃描、驅(qū)動，以及一定空間的ram和rom來存儲寫入的命令和顯示字符的點陣?，F(xiàn)在人們已將lcd

20、控制器、驅(qū)動器、ram、rom和lcd顯示器用pcb連接到一起，稱為液晶顯示模塊lcm（liquid crystal display module）。用戶只需向lcm送入相應的命令和數(shù)據(jù)就可實現(xiàn)所需要的顯示內(nèi)容，與單片機接口簡單，使用靈活方便。本系統(tǒng)采用的液晶顯示模塊為atm12864d，主要用來顯示溫度、車速等相關(guān)信息，完全能夠達到設(shè)計的要求，并且對以后系統(tǒng)的擴展顯示留有一定的余地。 3. 車用儀表控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 單片機最小系統(tǒng)單片機作為微型計算機的一個重要分支，應用面很廣，發(fā)展很快。單片機最小系統(tǒng)，或者稱為最小應用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機

21、來說，最小系統(tǒng)一般應該包括：單片機、時鐘電路、復位電路等。3.1.1 單片機的時鐘電路硬件設(shè)計單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準，這個時鐘信號可由單片機內(nèi)時鐘電路產(chǎn)生，可以直接使用外部時鐘信號。因此，單片機時鐘電路通?？梢杂袃煞N形式內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。a) 外部振蕩方式外部振蕩方式就是把外部自己有時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式是用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。外部振蕩方式電路接法如圖3-1所示。b) 內(nèi)部振蕩方式mcs單片機內(nèi)有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷

22、諧振器連接就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。這種方式為內(nèi)部振蕩方式，如圖3-2所示。 圖3-1 外部振蕩方式 圖3-2 內(nèi)部振蕩方式本系統(tǒng)中利用內(nèi)部振蕩方式，電路如圖3-2，圖中c1，c2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，其容值一般在530pf。在這里選c1=c2=15pf，取晶振fosc為典型值11.0592mhz（因為可以準確地得到9600波特率或19200波特率，用于有串口通訊的場合）3.1.2 單片機的復位電路硬件設(shè)計復位操作可以使單片機初始化，也可以使死機狀態(tài)下的單片機重新啟動，計算機在啟動時，都需要復位，使cpu和系統(tǒng)中其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。

23、在振蕩器正在運行的情況下，復位是靠在rst引腳處至少保持2個機器周期(24個振蕩器周期)的高電平而實現(xiàn)的。單片機復位電路包括片內(nèi)，片外兩部分。片外復位信號通過引腳rst加到內(nèi)部復位電路上。內(nèi)部復位電路在每個機器周期s5p2對片外復位信號采樣一次，當rst引腳出現(xiàn)連續(xù)兩個機器周期的高電平時，單片機就能完成一次復位。rst端的外部復位電路有兩種復位操作形式：上電自動復位和按鍵手動復位。a) 上電自動復位對于mcs-51系列來說，最簡單的上電復位電路如圖3-3所示，就是由一個電阻和一個電容構(gòu)成的。在系統(tǒng)上電時，經(jīng)c1與r1充電，使rst端為高電平，持續(xù)時間大于兩個機器周期完成復位。電容充電結(jié)束后，系

24、統(tǒng)復位結(jié)束，開始正常工作。在圖3-3中，rc時間常數(shù)越大，上電時rst保持的高電平的時間越長。當晶振頻率為12mhz時，典型值為c1=10f，r1=8.2k。b) 按鍵手動復位按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。在本系統(tǒng)中采用按鍵手動電平自動復位如下圖3-4所示。 圖3-3 上電自動復位電路 圖3-4 手動電平復位電路上電瞬間r1c1電路充電，rst引腳出現(xiàn)正脈沖，只要rst端保持10ms以上高電平，就能使單片機復位。為使其可靠復位，rst引腳上電復位時間應保持20ms以上的高電平。按鍵復位時，r2阻值選擇不能過小，那樣的話只要碰到就會復位；選擇過大時，按鍵按下去很久才能復位，所以要選擇適中

25、的阻值為1 k左右的電阻。本系統(tǒng)所選的電阻電容參數(shù)如圖3-4中所示。此復位電路具有上電復位和手動復位的功能。上電時，c1充電，在10k電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位；幾個毫秒后，c1充滿，10k電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下sw，c1放電。sw松手，c1又充電，在10k電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位。幾個毫秒后，單片機進入工作狀態(tài)。 經(jīng)以上分析設(shè)計，有關(guān)系統(tǒng)中stc89c52單片機最小系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖如圖3-5所示。圖3-5 89c52單片機的最小系統(tǒng)硬件電路原理圖3.2 rs-232串行通信接口電路單片機的串行口是非常有用的，我們可以通過它把單片機系統(tǒng)

26、的數(shù)據(jù)傳回電腦處理或者接受電腦傳過來的數(shù)據(jù)而進行相應的動作。微控制器有許多標準的通信方法,但在主/從嵌入式系統(tǒng)中,最常用的是rs232串行接口、spi和i2c。52單片機有一個全雙工的串行通信口，非常適合與電腦進行通信，本系統(tǒng)設(shè)計，采用的是rs232出行接口方式。3.2.1 max232介紹max232是由德州儀器公司（ti）推出的一款兼容rs232標準的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v、 +10v，而一般的單片機應用系統(tǒng)的信號電壓是ttl電平0、 +5v,max232就是用來進行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含兩驅(qū)動器、兩接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供tia/eia-232-f電平。max2

27、32引腳圖如圖3-6所示。圖3-6 max232引腳圖該器件符合tia/eia-232-f標準，每一個接收器將tia/eia-232-f電平轉(zhuǎn)換成5v ttl/cmos電平。每一個發(fā)送器將ttl/cmos電平轉(zhuǎn)換成tia/eia-232-f電平。其主要特點為：a) 符合所有的rs-232c技術(shù)標準b) 只需要單一 +5v電源供電 c) 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10v和-10v電壓d) 功耗低，典型供電電流5ma e) 內(nèi)部集成兩個rs-232c驅(qū)動器 f) 內(nèi)部集成兩個rs-232c接收器3.2.2 串行通信接口電路串行端口的本質(zhì)功能是作為cpu和串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器

28、。當數(shù)據(jù)從cpu經(jīng)過串行端口發(fā)送出去時，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。 在windows環(huán)境（windows nt、win98、windows2000）下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。 應用程序要使用串口進行通信，必須在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請要求（打開串口），通信完成后必須釋放資源（關(guān)閉串口）。本次系統(tǒng)設(shè)計的串行通信接口電路如圖3-7所示。圖3-7 串行通信接口電路3.3 溫度傳感器及其硬件接口電路設(shè)計3.3.1 溫度傳感器ds18b20簡介ds18b20是dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳to92小體積封裝形式；溫度測量范圍為5512

29、5，可編程為9位12位a/d轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個ds18b20可以并聯(lián)到三根或兩根線上，cpu只需一根端口線就能與諸多ds18b20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。主要特點及技術(shù)指標有：a) 用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限溫度值。b) -10+85范圍內(nèi)的測溫準確度為0.5。c) 可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0+5.5v。d) 支持多點組網(wǎng)功能，多個ds18b20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。e) 負壓特性，電源極性接反時，溫度傳感器不

30、會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。3.3.2 ds18b20與單片機的硬件接口設(shè)計ds18b20與stc89c52的接口電路如圖3-8所示，其中ds18b20工作在外部電源供電方式，單片機stc89c52采用p3.4口和ds18b20通信。圖3-8 ds18b20與stc89c52的接口電路通過預先對ds18b20可編程溫度傳感器的編程，完成轉(zhuǎn)換位數(shù)，精度，高、低溫報警觸發(fā)器th，tl的溫度設(shè)置。進入測溫模式后，ds18b20可編程溫度傳感器將所測的溫度值直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過其獨有的單總線協(xié)議，實現(xiàn)與單片機的數(shù)據(jù)傳輸，完成數(shù)據(jù)采集。再結(jié)合軟件及相應外圍電路進行實時監(jiān)控。3.4 光電測速傳感器及

31、其硬件接口電路設(shè)計3.4.1 光電測速傳感器簡介它分為投射式和反射式兩類。投射式光電轉(zhuǎn)速傳感器的讀數(shù)盤和測量盤有間隔相同的縫隙。測量盤隨被測物體轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一條縫隙，從光源投射到光敏元件上的光線產(chǎn)生一次明暗變化,光敏元件即輸出電流脈沖信號。反射式光電傳感器在被測轉(zhuǎn)軸上設(shè)有反射記號，由光源發(fā)出的光線通過透鏡和半透膜入射到被測轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，反射記號對投射光點的反射率發(fā)生變化。反射率變大時，反射光線經(jīng)透鏡投射到光敏元件上即發(fā)出一個脈沖信號；反射率變小時，光敏元件無信號。在一定時間內(nèi)對信號計數(shù)便可測出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速值。反射式光電測速主要由被測旋轉(zhuǎn)部件、反光片（或反光貼紙）、反射式光電傳感器組成，在可

32、以進行精確定位的情況下，在被測部件上對稱安裝多個反光片或反光貼紙會取得較好的測量效果。在本系統(tǒng)中，由于測試距離近且測試要求不高，僅在被測部件上只安裝了一片反光貼紙，因此，當旋轉(zhuǎn)部件上的反光貼紙通過光電傳感器前時，光電傳感器的輸出就會跳變一次。通過測出這個跳變頻率f，就可知道轉(zhuǎn)速n。3.4.2 st188紅外光電傳感器這里我們選用工作性能較好的st188紅外光電傳感器作為測速用傳感器。特點：a) 采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。b) 檢測距離可調(diào)整范圍大，413mm可用。c) 采用非接觸檢測方式。其廣泛應用于ic卡電度表脈沖數(shù)據(jù)采樣、集中抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、傳真機紙張檢測、與

33、st288a結(jié)合使用可判別被測物的運動方向及正反轉(zhuǎn)速測量、行程測量等。其光電特性如表3-1：表3-1 光電特性項目符號測試條件最小典型最大單位輸入正向壓降=20ma-1.251.5v反向電流=3v-10a輸出集電極暗電流=20v-1a集電極亮電流=15v=8mal30.30-mal40.40-mal50.50-ma飽和壓降=8ma，=0.15ma-0.4v續(xù)表3-1項目符號測試條件最小典型最大單位傳輸特性響應時間=20ma，=5v=100-10-s-10-s3.4.2 st188紅外光電傳感器與單片機的硬件接口設(shè)計st188與stc89c52的接口電路圖如圖3-9所示。圖3-9 st188與s

34、tc89c52的接口電路圖與發(fā)射管相接的限流電阻為510歐姆固定電阻，由于st188輸出的是模擬信號，而單片機能直接接收的是數(shù)字信號，因此在這里選用了比較器作為一個一位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。通過調(diào)節(jié)比較電壓的值，找到一個合適的比較電壓，在輸出端獲得一組脈沖通過非門使脈沖更加標準化。通過單片機測量產(chǎn)生脈沖的頻率，就可以得出被測體的轉(zhuǎn)速。3.5 液晶顯示模塊硬件設(shè)計 3.5.1 液晶顯示模塊atm12864d簡介本系統(tǒng)采用atm12864d點陣式液晶作為主要顯示工具。該芯片自帶雙控制芯片，自動完成液晶控制。該液晶屏具有眾多控制字，程序開始時，先對液晶初始化。之后，每次先通過控制字指定開始位置，然后順序?qū)懭?/p>

35、點的信息。該液晶屏由兩塊控制芯片來控制，各為（64*64）方陣，圖像點信息按照縱向每8個點組成一個字節(jié)。設(shè)定一個字符或數(shù)字由8*8個點陣來表示，也就是說每個字符由8個字節(jié)組成，將這8個字節(jié)作為一個數(shù)組存入ram里。在需要顯示這個字符時，只要從液晶的數(shù)據(jù)口順序輸出數(shù)組里面的內(nèi)容就可以了。其引腳說明如表3-2所示。表3-2 液晶引腳說明管腳號管腳名稱lever管腳功能描述1vss0電源地2vdd+5.0v電源電壓3v0-液晶顯示器驅(qū)動電壓4d/i(rs)h/ld/i=“h”，表示db7db0為顯示數(shù)據(jù)d/i=“l(fā)”，表示db7db0為顯示指令數(shù)據(jù)5r/wh/lr/w=“h”，e=“h”數(shù)據(jù)被讀到d

36、b7db0r/w=“l(fā)”，e=“hl”數(shù)據(jù)被寫到ir或dr6eh/lr/w=“l(fā)”，e信號下降沿鎖存db7db0r/w=“h”，e=“h”ddram數(shù)據(jù)讀到db7db0714db0db7h/l數(shù)據(jù)線15cs1h/lh:選擇芯片(右半屏)信號16cs2h/lh:選擇芯片(左半屏)信號17reth/l復位信號,低電平復位18vout-10vlcd驅(qū)動負電壓19led+-led背光板電源20led-led背光板電源3.5.2 液晶顯示模塊atm12864d與stc89c52硬件接口設(shè)計液晶屏與單片機的接線如圖3-10所示。圖3-10 液晶顯示模塊與stc89c52接口電路液晶的8位數(shù)據(jù)線db0db7

37、連接到單片機的p1口，5根控制線分別連接到單片機的p2.1p2.5, vdd和vss是最基本的電源，在這里接5v即可，第三個引腳v0的接法如上圖所示即可，當lcd與單片機接線以及電源供給完畢以后，需要調(diào)節(jié)可變電阻的阻值。只有阻值在特定的位置區(qū)域內(nèi)才會顯示。一般情況下廠家已設(shè)定好，可不再調(diào)節(jié)。引腳a和k是液晶屏的背光電源，在這里加了一個小電阻來限流，以防電壓過高損壞液晶屏。3.6 can通信原理及其實現(xiàn)3.6.1 can總線簡介can(controller area network)總線，又稱控制器局域網(wǎng)，是bosch公司在現(xiàn)代汽車技術(shù)中領(lǐng)先推出的一種多主機局部網(wǎng)，由于其卓越的性能，極高的可靠性

38、，獨特靈活的設(shè)計和低廉的價格，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場控制、智能大廈、小區(qū)安防、交通工具、醫(yī)療儀器、環(huán)境監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。can已被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。can總線規(guī)范已被iso國際標準組織制訂為國際標準，can協(xié)議也是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互連參考模型基礎(chǔ)上的，主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。用戶可在其基礎(chǔ)上開發(fā)適合系統(tǒng)實際需要的應用層通信協(xié)議，但由于can總線極高的可靠性，從而使應用層通信協(xié)議得以大大簡化。can總線與其它幾種現(xiàn)場總線比較而言，是最容易實現(xiàn)、價格最為低廉的一種，但其性能并不比其它現(xiàn)場總線差。can總線由于其采用了許多新技術(shù)及獨特的設(shè)計，與一般的通信總線相比，ca

39、n總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其特點可概括如下：a) can為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息，通信方式靈活，且無需占地址等節(jié)點信息。b) can網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息根據(jù)其報文id號的不同分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求；c) can采用非破壞性具有優(yōu)先級控制的載波偵聽及碰撞檢測機制(csma/cd)總線仲裁技術(shù)，信道中傳輸?shù)氖腔鶐盘?，并?guī)定0為顯性位，1為隱性位，前者能覆蓋后者。d) can只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”；e) can上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路

40、，目前可達110個。報文標識符11位，可達2032種(can2.0a)，而擴展標準(can2.0b)的報文標識符為29位；f) can的直接通信距離最遠可達10km(速率5kbps以下)；通信速率最高可達1mbps(此時通信距離最長為40m)。除了上述提到的特點外，can總線還有一些其它的特點，如：傳輸時間短、數(shù)據(jù)出錯率低等。這也是目前can總線在眾多領(lǐng)域被廣泛采用的原因。節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)上信息的接收和發(fā)送站，所謂智能節(jié)點是由微處理器和可編程的can控制芯片組成，它們有兩者合二為一的，也有如本文介紹的，獨立的通信控制芯片(sja1000)與單片機接口，后者的優(yōu)點是比較靈活。3.6.2 can通信控制

41、器sja1000功能簡介can的通信協(xié)議主要由can控制器完成。can控制器主要由實現(xiàn)can總線協(xié)議的部分和實現(xiàn)與微處理器接口部分的電路組成。對于不同型號的can總線通信控制器，實現(xiàn)can協(xié)議部分電路的結(jié)構(gòu)和功能大多相同，而與微處理器接口部分的結(jié)構(gòu)和方式存在一些差異。這里主要以sja1000為代表對can控制器的功能作一個簡單介紹。sja1000是一種獨立can控制器，它是philips公司的pca82c200 can控制器的替代產(chǎn)品。sja1000具有兩種工作方式：basiccan(pca82c200兼容方式)和pelican(擴展特性方式)，工作方式通過時鐘分頻寄存器中的can方式位來選擇

42、。上電復位默認工作方式是basiccan方式。pelican工作方式支持具有很多新特性的can2.0b協(xié)議。sja1000在軟件和引腳上都是與它的前一款pca82c200獨立can控制器兼容的，不過在此基礎(chǔ)上增加了很多新的功能。sja1000引腳功能如表3-3所示。 表3-3 sja1000引腳功能符號引腳功能ad0ad72328，1，2地址/數(shù)據(jù)復用總線ale3ale信號(intel方式)或as信號(motorola方式)/cs4片選輸入，低電平允許訪問sja1000/rd5微控制器的讀信號(intel方式)或e信號(motorola方式)/wr6微控制器的寫信號(intel方式)或讀寫信號

43、(motorola方式)clkout7sja1000 產(chǎn)生的，提供給微控制器的時鐘輸出信號，此信號由內(nèi)部振蕩器經(jīng)可編程分頻器得到?？删幊探乖撘_vss18邏輯電路地xtal19振蕩放大器輸入，外部振蕩放大器信號經(jīng)此引腳輸入xtal210振蕩放大器輸出，使用外部振蕩信號時此引腳必須開路mode11方式選擇輸入端：1=intel方式，0=motorola方式vdd312輸出驅(qū)動器5v電源tx013由輸出驅(qū)動器0至物理總線的輸出端tx114由輸出驅(qū)動器1至物理總線的輸出端vss315輸出驅(qū)動器地/int16中斷輸出端,用于向微控制器提供中斷信號/rst17復位輸入端，用于重新啟動can接口（低電平

44、有效）vdd218輸入比較器5v電源rx0，rx119,20由物理總線至sja1000輸入比較器的輸入端。顯性電平將喚醒處于睡眠方式的sja1000。當rx0高于rx1時，讀出為隱性電平，否則為顯性電平vss221輸入比較器地vdd122邏輯電路5v電源3.6.3 can總線系統(tǒng)硬件電路設(shè)計本文中所設(shè)計的can總線系統(tǒng)智能節(jié)點，采用89c52作為節(jié)點的微處理器，在can總線通信接口中，采用philips公司的sja1000和82c250芯片。sja1000是獨立can通信控制器，82c250為高性能can總線收發(fā)器。如圖3-11所示為can總線系統(tǒng)智能節(jié)點硬件電路原理圖。圖3-11 can總線

45、系統(tǒng)智能節(jié)點硬件電路原理圖從圖3-11中可以看出，電路主要由四部分所構(gòu)成：微控制器89c52、獨立can通信控制器sja1000、can總線收發(fā)器82c250和高速光電耦合器6n137。微處理器89c52負責sja1000的初始化，通過控制sja1000實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。sja1000的ad0ad7連接到89c52的p0口，連接到89c52的p2.0，p2.0為0的cpu片外存貯器地址可選中sja1000,cpu通過這些地址可對sja1000執(zhí)行相應的讀寫操作。sja1000的、ale分別與89c52的對應引腳相連，接89c52的，89c52也可通過中斷方式訪問sja1000。為

46、了增強can總線節(jié)點的抗干擾能力，sja1000的tx0和rxo并不是直接與82c250的txd和rxd相連，而是通過高速光耦6n137后與82c250相連，這樣就很好的實現(xiàn)了總線上各can節(jié)點間的電氣隔離。不過，應該特別說明的一點是光耦部分電路所采用的兩個電源vcc和vdd必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊或帶多5v隔離輸出的開關(guān)電源模塊實現(xiàn)。這些部分雖然增加了節(jié)點的復雜，但是卻提高了節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性。pca82c250與can總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。82c250的canh和canl引腳各自通過一個5的電阻與can總線相

47、連，電阻可起到一定的限流作用，保護pca82c250免受過流的沖擊。 canh和canl與地之間并聯(lián)了兩個30pf的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外在兩根can總線接入端與地之間分別反接了一個保護二極管，當can總線有較高的負電壓時，通過二極管的短路可起到一定的過壓保護作用。本系統(tǒng)采用斜率控制模式，斜率電阻rs可根據(jù)總線通訊速度適當調(diào)整，這里選擇了47k。a) 6n137的介紹：其典型特性有：轉(zhuǎn)換速率高達10mbit/s、擺率高達10kv/us、扇出系數(shù)為8、邏輯電平輸出、集電極開路輸出。6n137的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如圖3-12所示，信號從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入為使能端，當使能端為高時與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當輸入信號電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。圖