基于can总线的智能型温湿度采集系统设计

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1、基于CAN总线的智能型温湿度采集系统设计时间：2010-03-2408:55:12 来源：现代电子技术 作者：刘洋，金太东辽宁石油化工大学摘要：设计一种基于CAN总线的智能型温湿度数据在线采集系统。该系统主要由两大模块构成：现场数据采集模块和USB-CAN转换接口模块。现场数据的采集是以AT89S52单片机为核心控制单元，外接温度传感器AD590和湿度传感器HM1500，通过CAN总线控制器SJA1000将数据发送到CAN总线上；USB-CAN转换接口模块是以ATmega162芯片为控制单元，外接FT245BMUSB通信芯片及sJAl000控制器，实现USB

2、—CAN接口转换。整个系统的终端设备为监控PC机，用户软件采用VC++语言编写，可以实现现场状态监控、上下限报警和中断接收数据管理等功能。关键词：CAN总线；单片机；数据采集；USB-CAN接口转换引言   温湿度监测系统是在环境试验、科学研究(诸如种植、养殖、生物工程、化工工程)、工业生产等领域应用广泛的现场环境控制系统。它能模拟各种环境条件，即按照实际要求精确控制环境的温度和湿度，为研究不同的生化过程创造了良好的环境条件。因此，温湿度监测系统广泛应用在科研、现代农业、医药、冶金、化工、林业、环境科学及生物遗传工程等领域。   为了满足化学工业过程对环境条

3、件的需求，我们在传感器智能控制方案和具体应用中做了大量的研究和可行性分析，开发了一种具有智能化功能的温湿度监测系统。该系统由数据采集模块和接口模块组成。其中数据采集模块采用了以单片机AT89S52为核心外接传感器的结构框架，保证了系统对现场温湿度信号采集的实时性和准确性。而接口模块则采用了处于当前通信领域前沿的USB-CAN转换接口模块，为整个系统的实时性提供了坚实的通信保障，而且笔者认为这种通信方式已经成为了工业化通信的发展方向。1温湿度采集模块的硬件电路设计   温湿度采集模块的硬件电路由CAN总线的SJA1000控制器、TJA1050收发器、温度传感器

4、ADS90、湿度传感器HM1500和单片机TA89S52芯片组成，其电路框图如图1所示。1．1温度检测电路   温度检测电路的核心采用美国AD公司生产的二端式集成温度-电流传感器AD590，该器件体积小、重量轻、性能稳定，且非线性误差小和校准方便、互换性好、功耗极低、适合于动态温度测试和远距离测温。温度信号采集电路设计如图2所示。   在传感器输出信号处理方面，由于被测量含有一定的干扰信号，所以采用放大器芯片LM324和稳压管D对被测信号进行二次处理。AD590的电源电压范围为4～30V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而即使反接也不会损坏器件。稳

5、压管D1连接可调电阻用于保证A点(即放大器反相端)的输入电压；稳压管D2限制了电源所提供的电压电流，通过连接可调电阻，保证了B点(即放大器同相端)的输入电压，而且适当地改变R8和R9的电阻值，可以改变输出电压的线性放大倍数。1．2湿度检测电路   湿度检测电路采用集成温度传感器HM1500，其输出电压在1～4V间随温度线性变化。由于该设计采用的是单电源结构，湿度信号采集电路设计如图3所示。   线性电压输出式集成湿度传感器HM1500采用湿敏电阻HS1101设计制造，其湿度测量范围为5％～99％(相对湿度)；相对湿度精度为3％；工作温度为-30～+60℃；工

6、作湿度范围为O％～100％(相对湿度)；供电电压为5V(最大电压为DC16V)；可输出DC电压为1～4V；响应时间为5s，适用于动态温度测量。   由于该电路中没有负压，电路的主体采用差分式减法电路。通过设置R3，R4，R6，R7这四个精密电阻可调节增益，其输出电压的计算公式为：   图3中R1可以用来消除由于传感器差异而带来的误差。2CAN总线接口电路   本系统选取PHILIPS公司CAN总线控制器SJA1000以及收发器TJA1050，考虑到SJA1000是一种独立的CAN总线控制器，同时支持CAN2．OA和CAN2．0B协议，通信速率可达1Mb／s，

7、能够完成通信协议的所有要求。JA1050是CAN总线控制器与物理总线之间的接口，是一种标准的高速CAN收发器，其可以为总线提供差动发送性能，为CAN控制器提供差动接收性能。SJA1000主要负责数据链路层的工作，把发送缓冲器的信息经过处理后送到TJA1050，数据经过处理后放到接收缓冲器等待微处理器的读取，CAN总线接口电路框图如图4所示。3USB-CAN转换模块接口电路   由于计算机没有专用的CAN总线接口，所以需要设计一个模块单元将CAN总线上的数据转换成USB接口数据，模块的一端接监控计算机的USB接口，另一端接CAN总线网络接口。本系统设计选用At

8、mel公司的ATmega162芯片。总线控制器SJA