020 单片机-酸度监测系统的设计与实现样本
(样本只提供该系统的基本情况介绍,若需要完整的设计和论文,建议您购买本系统,凡是购买本站系统的,本站均根据您的要求,把系统上的开发信息,题目等修改成符合您的要求)

 

本系统开发工具：单片机/汇编
本设计包含内容：源代码+毕业论文+开题报告+答辩稿
论文大概：
 
 

 

 

毕业设计(论文)说明书

题   目：                                     
                                           
作   者：              学  号：             
系  (院)：                                  
专业班级：                                  

 

毕业设计（论文）中文摘要

基于CAN总线的温度/酸度监测系统的设计与实现
摘  要：近年来,现场总线以其全开放、全分散、全数字化,集计算机、通信、控制技术于一体而已成为当今自动化领域技术发展的热点,在各种工业生产过程中得到了越来越广泛的应用。它能对工业生产过程中的各个参数进行测量、信号转换、控制和显示,把多个测量控制仪表或计算机作为网络节点,并通过双绞线、通讯电缆等传输媒介进行信息的高速双向传输,构成一个全数字化、全开放、多点测试和可靠通信的智能化工业控制网络。
基于CAN总线的温度/酸度监控系统由MCS-51单片机系列、键盘、TFT液晶显示器、DS12C887S时钟芯片和CAN总线接口几个部分构成。负责接收、处理、实时记录及显示各种数据信号,完成声光报警。它带有液晶显示器,可自动显示日期、温度、PH值其它信号。接有触摸键盘,可输入数据、密码和命令。

关键词：CAN总线,MCS-51单片机,DS12C887S时钟芯片,温度/酸度监控系统

 

 

 

 

 

 

 

 

 

目 录
摘 要 1
关 键 词 1
Abstract 2
Keywords 2
第1章 引  言 1
第2章 单片机概论 3
2.1  单片机的特点及发展概况 4
2.2  单片机的基本组成 4
2.3  单片机的特点 5
2.4  单片机的发展概况 7
2.5  单片机的主要技术发展方向 7
2.6  80C51系列内部资源的扩展 8
第3章 监控系统设计硬件介绍 9
3.1  监控系统硬件结构 9
3.2  设计方案 9
3.3  系统设计所选用的器件介绍 9
3.4    设计原理 11
第4章 监控系统接口电路 12
4.1  CAN总线控制电路 12
4.2  AD0809采样电路 13
4.3  DS12C887时钟电路 16
4.4  液晶显示电路 17
4.5  键盘扫描电路 25
4.6  静态数据存储器连接电路 26
第5章 监控系统软件设计 28
5.1  概述  28
5.2  各个部分的程序设计 28
5.2.1 AD0809采样电路程序设计 28
5.2.2 CAN总线程序设计 29
5.2.3 DS12887时钟电路程序设计 31
5.2.4 液晶显示程序设计 32
5.2.5 键盘扫描程序设计 35
5.3  程序调试结果 37
第6章总结 38
致    谢 39
参考文献 40

第1章 引  言
CAN总线作为有效支持分布式控制的多主串行现场总线之一,以其检错能力强、通讯硬件接口简单、通讯介质选择灵活、可靠性高、实时性强、价格低等特点而被受现场设备互连的青睐,广泛应用于汽车自动化、楼宇自控、工业控制等领域。针对工业现场被控对象地域分布广、实时性、快速性要求较高的需求,为提高温度和酸度监测系统的效率、性能和智能化水平,因此,提出了基于CAN总线的一种结构简单、可靠性高、实时性好的温度/酸度监测系统设计。
现场总线发展迅速,现处于群雄并起、百家争鸣的阶段。目前已开发出有40多种现场总线,其中最具影响力的有5种,分别是FF、Profitbus、HART、CAN和LonWorks：
1)FF由美国仪器协会（ISA）1994推出,代表公司有Honeywell和Fisher-Rosemount,主要应用于石油化工、连续工业过程控制中的仪表。目前基于FF的现场总线产品有,美国Smar公司生产的压力温度变送器,Honeyweill&Rockweill推出的ProcessLogix系统,Fisher-Rosemount推出的PlantWeb。
2）Profibus由德国西门子公司1987年推出,主要应用于PLC。产品有三类：FMS用于主站之间的通讯；DP用于制造行业从站之间的通讯；PA用于过程行业从站之间的通讯。
3）HART美国Rosemount公司1989年推出,主要应用于智能变送器。HART为一过渡性标准,它通过在4-20mA电源信号线上叠加不同频率的正弦波（2200HZ表“0”,1200HZ表“1”）来传送数字信号,从而保证了数字系统和传统模拟系统的兼容性,预计其生命周期为最近20年。
4）CAN由德国Bosch 6公司1993年推出,应用于汽车监控、开关量控制、制造业等。介质访问方式为非破坏性位仲裁方式,适用于实时性要求很高的小型网络,且开发工具廉价。Motorala、Intel、Philips均生产独立的CAN芯片和带有CAN接口的80C51芯片。
5）LonWorks由美国Echelon公司1991年推出,主要应用于楼宇自动化、工业 自动化和电力行业等。LonTalk的全部7层协议,介质访问方式为P-P CSMA（预测P-坚持载波监听多路复用）,采用网络逻辑地址寻址方式,优先权机制保证了通讯的实时性,安全机制采用证实方式,因此能构建大型网络控制系统。基于LonWorks的总线产品有美国Action公司的Flexnet&Flexlink等。
从"九五"开始,我国政府就投资支持现场总线的开发,其中CAN等总线在国内已经得到较广泛的应用,被大量地应用于工农业监控、电厂测控、火灾报警、变电站控制、煤炭综合监控等。很多大专院校及科研单位也投入大量的人力和资金加强现场总线,尤其是CAN总线技术的研究和开发。
综合CAN总线的上述技术、特点及其在各个领域的应用情况,可以预测CAN总线将来的发展会有以下趋势:
1)CAN将在竞争中占有一定的优势。目前市场上的现场总线产品除了国际标准IEC61158中包含的8种类型外,还有很多,如:LonWorks、DeviceNet等。在今后一段时间内,这些总线产品将与CAN总线共同发展,互相竞争。由于CAN总线所具有的高可靠性、实时性和灵活性等突出优点,加上广泛的应用基础,预计CAN总线将越来越受欢迎,并最终成为市场占有率很高的主要总线产品之一。
2)与企业以太网(Ethernet)的互联。随着企业管理水平和信息化水平的提高、集成电路技术和计算机技术的发展,必然要求处于底层的现场总线测控网段与企业高层的管理网络互联,以便及时了解生产现场状况并实现管理和控制现场的操作。因此,CAN总线网络将进一步发展,通过网关或网桥向上与企业管理系统以太网联接构成管控一体化网络。
3)与模糊控制技术和智能技术的结合。近年来,由于企业规模的不断扩大,生产过程控制系统也越来越复杂,系统的非线性增强、时滞增大,而且很难给系统的每个环节建立精确的数学模型,这就要求模糊逻辑控制的应用。现场总线的强大网络功能实现集中化管理,而对必要的现场环节实行分散的模糊控制。可以很好地提高系统的可靠性和智能化水平。把智能控制技术和现场总线结合起来将会成为以后工程控制中的主要研究和应用方向。

第3章 监控系统设计硬件介绍
3.1监控系统硬件结构：
基于CAN总线的温度/酸度监控系统由MCS-51单片机系列、键盘、TFT液晶显示器、DS12C887S时钟芯片和CAN总线接口几个部分构成。负责接收、处理、实时记录及显示各种数据信号,完成声光报警。它带有液晶显示器,可自动显示日期、温度、PH值其它信号。接有触摸键盘,可调整时间、数据和命令。下图为监控系统结构示意图：
 
3.2 设计方案
整个系统的设计包括：
（1）传感器:的选择和设计（不需要）
（2）模拟数字转换电路的设计
（4）单片机控制电路的设计
（5）液晶显示电路的设计
（6）日历时钟电路的设计
（7）CAN总线接口电路的设计
（8）复位电路的设计
（9）时钟电路的设计
（10）辅助控制电路的设计
依次将各部分分系统硬件设计（原理图）和软件调试,最后将写好程序的AT89C2051 CPU插入实验面板的CPU位置,逐步完成系统的制作调试。
3.3 系统设计所选用的器件介绍：
（1）MCS-51系列处理器单元（选用AT89C51）
51单片机内部有一个CPU用来运算、控制,有四个并行I/O口,分别是P0、P1、P2、P3,有ROM,用来存放程序,有RAM,用来存放中间结果,此外还有定时/计数器,串行I/O口,中断系统,以及一个内部的时钟电路.在一个51单片机的内部包含了这么多的东西.对并行I/O口的读写只要将数据送入到相应I/O口的锁存器就可以了,在单片机中有一些独立的存储单是用来控制这些定时/计数器、串行I/O口器件的,被称之为特殊功能寄存器（SFR）。
（2）模拟数字转换电路的设计（选用AD0809）
ADC0809是一个8位模拟数字转换器件,其中IN0～IN7一共8个输入通道,但每次只能用其中的一个,通道的选择由ADD_A、ADD_B、 ADD_C三根地址信号控制,本系统我们选用IN_0和IN_0,因为用到了两个通道,所以只要一根地址线ADD_C就可以区别IN_0和IN_0,其他的线接地。2_1—2_8是8位输出,接入单片机的AT89C2051的P1.0—P1.7引脚,其中的2_8是低位应接P1.0,2_1是高位应接P1.7。
 引脚10是时钟输入端,
 引脚6、22是开始采样端,
 引脚9是使能端,
 注意如果传感器输出电压U0范围不在0—5V之间的,在传感器与ADC0809之间必须插入一个转换电路以实现电压范围的匹配。
（3）日历时钟电路的设计（选用DS12C887）
日历时钟向系统提供日期信息,存档时把日期和温湿度数据一起存储。另外也可分
析温湿度变化和日期的关系。该模块内部有专门的接口电路,从而人人简化与微处理器的接口。其主要特点：
 具有完备的时钟、闹钟及到2100年的日历功能,可选择12小时制或24小时制计时,AM,PM,星期特性和闰年白动补偿功能。
 内部有14个时钟控制器,包括10个时标寄存器,4个状态寄存器和114字节掉电护用的低功耗RAM。
 时标可选择二进制或BCD码表示。DS12C887在初始化之后即开始连续工作。它内部有电池,掉电后可继续is作。它本身有地址锁存功能,无需外接地址锁存器。在ALE的一个跳沿把PO口送出的地址信息锁存,在WR或RD信号有效时把数据写入相应地址,或从相应地址取出数据放到数据总线上。
（4）CAN总线接口（选用SJA1000+ PCA82C200）
总线收发器PCA82C200是一种I/O设备基于内存编址的微控制器。该设备的独立操作是通过像RAM一样的片内寄存器修正来实现的,它只支持标准的信息帧格式。PCA82C200的地址区包括控制段和信息缓冲区控制段。在初始化载入时可被编程来配置通信参数(例如,位时序)。微控制器也是通过这个段来控制CAN总线上通信的。PCA82C200有2种工作模式：复位模式和工作模式。在复位模式下可以对接收代码、接收屏蔽、总线时序寄存器0和1以及输出控制寄存器 进行设置。一般在CAN初始化时完成对以上寄存器的设置,当CAN进入工作模式后,它们的值就不再变化。在工作模式下可进行数据的发送和接收。特别要注意的是当硬件复位或控制器掉线时会自动进入复位模式,这样就不能进行正常的CAN通信,这就要求对复位进行监控。当发生硬件复位或控制器掉线而进入复位模式时,就要求把复位位置为0进入工作模式,这样CAN就能正常地发送和接收了。
    CAN总线控制器采用SJA1000。
（5）液晶显示
液晶显示器是人机对话必不可少的器件,它用来显示系统的状态和各种信息温度,PH值数据、对系统操作是否正确等。要求显示器能显示各种英文字母、数字、常用符号以及必要的图形信息等。我们选用TFT—LCD液晶显示器,TFT-LCD液晶平板显示器主要由液晶显示器,背光源发光灯管、用于产生高压 的逆变器和驱动控制器等构成。在工业自动化领域中,液晶显示主要用于工业计算机系统外部显示设备,以取代CRT显示器的地位。而且它有效的克服了非选通时的串扰,使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关,因此大大提高了图像质量。而开关单元（即TFT）的特性,则要满足通态电阻值,闭态电阻值非常大这一要求。
3.4 设计原理：
设计流程图：

                     

  

 

 

   

 

 

 

 

第4章 监控系统接口电路
4.1 CAN总线控制电路：
4.1.1概述
作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式,CAN-bus 已被广泛应 用到各个自动化控制系统中。例如,在汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统、安防监控等各领域, CAN-bus 都具有不可比拟的优越性。
4.1.2 应用范围
 各种自动控制网络,比如楼宇自动化、仪表自动控制、数据远程传输、电机控制等
 可实现远距离传输（≤  10KM）,工作速率可调（1Mbps≥  通讯速率≥  5Kbps）
 升级原有的 RS-485 网络
 2 线式通讯
4.1.3 基本电路
 
4.1 基本 CAN 节点原理图
4.1.4电路特点
 可与应用广泛的 80C51 系列单片机直接接口,电路简单,使用方便；
 采用 DC-DC 模块与光电隔离器件,可抑制电磁干扰,保护系统电路不受网络影响；
 2 线式通讯,各总线节点需自备电源供应；
 根据通讯速率调整斜率电阻 R33 的值,一般在 16K～140K 之间。