引言

　　現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域通常要測量很多信號,，將其轉(zhuǎn)化為計算機可以識別的二進制信號,，并利用計算機監(jiān)視和記錄各種測量的信號,。這個過程就要涉及到信號的采集和處理,。CAN總線是一種串行多主總線,，它卓越的特性,、極高的可靠性和獨特的設(shè)計,，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此,，越來越受到工業(yè)界的重視,，并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一,。本文介紹了基于STM32和CAN總線的溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，通過上位機與下位機的通信,，實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的監(jiān)控,，并經(jīng)初步實驗達到了設(shè)計的要求。

　　1 系統(tǒng)總體方案概述

　　系統(tǒng)總體框圖如圖1所示,，本系統(tǒng)采用主站+從站的結(jié)構(gòu),，CAN主站主要實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的存儲以及CAN總線協(xié)議和串口協(xié)議之間的橋接，CAN 從站主要實現(xiàn)溫度的采集,。CAN從站采集的溫度,，經(jīng)過CAN總線傳送到CAN主站，主站將各從站的溫度值傳送到系統(tǒng)上位機中,。上位機對各點的數(shù)據(jù)進行實時曲線顯示并進行存儲,，上位機可以設(shè)定報警值，當(dāng)節(jié)點溫度超過設(shè)定值的時候,，上位機發(fā)出報警聲,。在沒有上位機的場合，主站將數(shù)據(jù)以文本文檔的形式存儲在主站的SD卡中,。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2．1 CAN主站硬件設(shè)計

　　主站電路如圖2所示,，主要有電源模塊、STM32模塊,、CAN收發(fā)器模塊,、RS232串口模塊和SD卡模塊。

　　其中STM32模塊由STM32F103RBT6和周邊時鐘,、復(fù)位,、調(diào)試等組成。電源模塊由外部輸入+5V電壓,，經(jīng)線性壓降A(chǔ)MS1117-3.3V后供 STM32使用,。CAN收發(fā)器模塊采甩NXP的高速收發(fā)器TJA1040，TJA1040是PCA82C250的替代品,，它完全符合ISO 11898標準,，具有高速、低功耗,、低電磁輻射的優(yōu)點,。RS232電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX3232，它具有低功耗,、高數(shù)據(jù)速率以及增強型ESD保護等特性,。采用專有的低壓差發(fā)送輸出級，+3.0 V至+5．5V供電時利用內(nèi)部雙電荷泵保證RS-232性能。工作時,，電荷泵僅需要四個100 nF的小電容,。SD卡模塊采用四線制SPI總線與SD卡相連接。

　　2．2 CAN從站硬件設(shè)計

　　從站電路如圖3所示,，主要有電源模塊,、STM32模塊，CAN收發(fā)器模塊,，PT100模塊和從站地址選擇模塊,。

圖2 CAN主站電路框圖                                                        圖3 CAN從站電路框圖

　　其中電源模塊,、STM32模塊和CAN收發(fā)器模塊與CAN主站相同。PT100模塊,，采用傳感器測量電橋,，為了保證電橋輸出電壓信號的穩(wěn)定性，電橋的輸入電壓通過TL431穩(wěn)至2．5V,。從電橋獲取的差分信號通過兩級運放放大后輸入STM32的AD輸入口,。從站地址選擇模塊由8位撥碼開關(guān)組成，連接到 STM32 I／O的PC6-PC13,。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)軟件由CAN主站軟件,、從站軟件以及Delphi上位機軟件構(gòu)成。其中CAN主站和從站程序用C語言編寫,，上位機程序用Obieet Pascal編寫,。

　　3．1 CAN主站軟件設(shè)計

　　CAN主站的功能是發(fā)送遠程幀向從站查詢數(shù)據(jù)、通過AD的轉(zhuǎn)換結(jié)果計算芯片內(nèi)部溫度傳感器的溫度值,、接收從站發(fā)送的數(shù)據(jù)幀,、發(fā)送溫度數(shù)據(jù)到上位機或存儲數(shù)據(jù)到SD卡。CAN主站程序如圖4所示,。

圖4 CAN主站程序流程圖                                               圖5 寫SD卡程序流程圖

　　寫SD卡部分程序流程圖如圖5所示，SD卡部分主要用到了移植的FATFS文件系統(tǒng)提供的訪問FAT卷的應(yīng)用接口(Application Interface),。主要用到了以下函數(shù)：

　　·f_mount-注冊／注銷一個工作區(qū)域

　　·f_open-打開／創(chuàng)建一個文件

　　·f_close-關(guān)閉一個文件

　　·f_lseek-移動／寫指針,，擴展文件大小

　　·f_puts-寫字符串

　　·f_printf-寫一個格式化字符串

　　3．2 CAN從站軟件設(shè)計

　　CAN從站的主要功能是通過AD轉(zhuǎn)換器檢測PT100電橋的差分輸出電壓，然后計算得出此節(jié)點的溫度值,，最后通過CAN總線傳送給CAN主站,。其中只有在 CAN從站收到與自己節(jié)點號相同的主站發(fā)送的遠程幀的時候，從站CAN控制器才發(fā)出一個數(shù)據(jù)幀,。CAN從站程序流程圖如圖6所示,。

圖6 CAN從站程序流程圖                                     圖7 Delphi實時曲線部分流程圖

　　3．3 Delphi上位機軟件設(shè)計

　　本上位機軟件主要實現(xiàn)了五個功能：實時曲線顯示當(dāng)前各從節(jié)點的溫度；打印實時曲線；將實時曲線保存為圖片,；將實時曲線的數(shù)據(jù)保存為TXT文檔以及實時溫度超過報警值時報警,。

　　本系統(tǒng)上位機串口通訊控件采用SPCOMM，該控件具有豐富的與串口通信密切相關(guān)的屬性及事件,，支持多線程,；提供了對串口的各種操作。圖形控件采用TChart,，TCharc是Delphi里面一個標準的圖形顯示控件,。它可以靜態(tài)設(shè)計(At Design Time)也可以動態(tài)生成。該系統(tǒng)設(shè)計采用的版本為TeeChart 7,；實時曲線部分流程圖如圖7所示,。上位機程序完成后界面如圖8所示。

圖8 上位機界面

　　4 結(jié)束語

　　本文介紹了基于STM32和CAN總線的溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,，初步實驗證明,，上述的硬件及軟件設(shè)計基本達到了設(shè)計要求。本系統(tǒng)適用于多節(jié)點,、遠距離的場合,，并具有實時性好、可靠性高的特點,，具有一定的應(yīng)用價值,。