畢業(yè)設(shè)計（論文）雞舍溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

1、天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）雞舍溫度控制系統(tǒng)設(shè)計姓 名： 院(系)別： 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 電子051 指導(dǎo)教師： 職 稱： 副教授 2009年 6 月 18 日天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 題目雞舍溫度控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)院名稱信息與通信工程學(xué)院專業(yè)班級電子051課題類型應(yīng)用開發(fā)型課題意義在各種通信方式中,現(xiàn)場總線技術(shù)從根本上突破了傳統(tǒng)的“點對點”式的模擬信號或數(shù)字- 模擬信號控制的局限性，為真正的“分散式控制，集中式管理”提供了技術(shù)保證。 can 是現(xiàn)場總線的一種,是一種有效支持分布式控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。can 總線通信的波特率高達(dá)1mbs,最遠(yuǎn)通信距

2、離可達(dá)10km；can總線通信采用短幀結(jié)構(gòu),使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間短,受干擾的概率低,并且can總線協(xié)議有良好的檢錯措施,因此can總線通信的可靠性較高,可以應(yīng)用于有較強干擾的環(huán)境。can總線定義網(wǎng)絡(luò)中的每一節(jié)點對應(yīng)一地址,在實際應(yīng)用中,can總線最多可掛110個節(jié)點基于can總線通信對于傳送的信息幀可以設(shè)定不同的優(yōu)先級,并通過總線仲裁機制使高優(yōu)先級的信息能夠被優(yōu)先、及時地傳送,保證了更重要的信息能及時地被傳送,從而增加了can 總線通信的實時性。本設(shè)計是以freescale 08系列單片機為核心,此系列的單片機集成了can適配卡,因此開發(fā)過程更加方便,簡潔。任務(wù)與進(jìn)度要求2.233.31 完成選

3、題相關(guān)工作,查閱資料,規(guī)劃設(shè)計的功能模塊；熟悉相關(guān)程序；4.14.30 熟悉codewarrior for s12 v4.6軟件,利用protel99se軟件設(shè)計系統(tǒng)原理圖及pcb版,確認(rèn)無誤后制版；5.15.31 編寫軟件,并調(diào)試程序,通過下載到硬件,測試是否實現(xiàn)既定功能.6.16.25 撰寫論文,準(zhǔn)備答辯. 主要參考文獻(xiàn)1王宜懷,劉曉升.嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)與實踐. 北京：清華大學(xué)出社.2007 2張偉、張穎、趙晶.電路設(shè)計與制版 protel99se. 北京：人民郵電出版社.2007起止日期2009年2月23日2009年6月25日備注院長 教研室主任 指導(dǎo)教師畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告表 年 月

4、 日姓名學(xué)院信息學(xué)院專業(yè)電子信息工程班級電子051題目雞舍溫度控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師林志貴一、 與本課題有關(guān)的國內(nèi)外研究情況、課題研究的主要內(nèi)容、目的和意義：內(nèi)容：本設(shè)計是以freescale 08系列單片機為核心，此系列的單片機集成了can總線適配卡,因此開發(fā)過程更加方便,簡潔.由于can總線通信的波特率高,可靠性強,有檢錯能力,可控節(jié)點多,實時性強等優(yōu)點使現(xiàn)場控制更加準(zhǔn)確有效.目的：用can總線設(shè)計溫度控制系統(tǒng),克服了其他通信方式布線安裝麻煩、可靠性差、通信距離短的缺點.使現(xiàn)場控制更加準(zhǔn)確,有效. 意義：can總線通信的波特率高達(dá)1mbs,最遠(yuǎn)通信距離可達(dá)10km；can總線通信采用短幀結(jié)構(gòu)

5、,使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間短,受干擾的概率低,并且can總線協(xié)議有良好的檢錯措施,因此can總線通信的可靠性較高,可以應(yīng)用于有較強干擾的環(huán)境can總線定義網(wǎng)絡(luò)中的每一節(jié)點對應(yīng)一地址,在實際應(yīng)用中，can總線最多可掛110個節(jié)點基于can總線通信對于傳送的信息幀可以設(shè)定不同的優(yōu)先級,并通過總線仲裁機制使高優(yōu)先級的信息能夠被優(yōu)先、及時地傳送,保證了更重要的信息能及時地被傳送,從而增加了can 總線通信的實時性等優(yōu)點,它必將被越來越多的用戶所接受.二、進(jìn)度及預(yù)期結(jié)果：起止日期主要內(nèi)容預(yù)期結(jié)果2.23-3.314.1-4.104.11-4.305.1-5.155.16-5.316.1-6.25查閱相關(guān)的文獻(xiàn)

6、，學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)與實踐，規(guī)劃設(shè)計的功能模塊熟練掌握codewarrior for s12 v4.6軟件的使用運用protel99se軟件進(jìn)行硬件設(shè)計編寫程序、調(diào)試程序測試系統(tǒng)撰寫論文熟悉freescale 08系列芯片及相關(guān)程序熟悉軟件平臺，熟悉相關(guān)程序繪制原理圖及pcb版 完成程序的編寫、調(diào)試完成系統(tǒng)測試完成論文完成課題的現(xiàn)有條件codewarrior for s12 v4.6軟件、protel 99se軟件、freescale 08開發(fā)系統(tǒng)及平臺審查意見指導(dǎo)教師： 年 月 日學(xué)院意見主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)度檢查記錄題目雞舍溫度控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)院名稱信

7、息與通信工程學(xué)院專業(yè)班級電子051指導(dǎo)教師姓名林志貴指導(dǎo)教師職稱副教授日 期指 導(dǎo) 記 錄2.23確定課題和任務(wù)，布置下周工作，查閱資料，了解課題的目的和意義3. 9進(jìn)行課題調(diào)研并了解課題的原理，選擇設(shè)計方案3. 12方案比較，確定硬件設(shè)計方案3.26確定軟件模塊，設(shè)計相應(yīng)的流程圖4.16主控mcu程序編寫4.30pc端軟件編寫5.14對pc程序和mcu程序進(jìn)行調(diào)試5.21檢查工作進(jìn)度，完成一些遺留問題5.28制作硬件電路，進(jìn)行程序的進(jìn)一步調(diào)試。撰寫論文6.4規(guī)范論文寫作格式，強調(diào)論文寫作要點6.5交論文初稿，檢查論文內(nèi)容，審閱并提出修改意見6.12交論文正式稿，并對答辯做出指導(dǎo)6.16答辯本

8、科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表題目雞舍溫度控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)生班級電子051指導(dǎo)教師填寫任務(wù)書下達(dá)時間2月23日學(xué)生調(diào)研及查閱文獻(xiàn)情況全面畢業(yè)設(shè)計（論文）原計劃有無調(diào)整無學(xué)生是否按計劃執(zhí)行工作進(jìn)度是學(xué)生是否能獨立完成工作任務(wù)是學(xué)生的出勤情況及出勤考核辦法每周見面一次學(xué)生每周接受指導(dǎo)的次數(shù)及時間一次，每周四16:00-18:00畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)記錄是否齊全齊全學(xué)生的工作態(tài)度在相應(yīng)選項劃“”認(rèn)真一般較差尚存在的問題及采取的措施：本課題需要學(xué)生熟悉c語言，能熟練使用protel和codewarrior ide軟件，掌握硬件設(shè)計的方法和軟件編程方面的應(yīng)用。目前還需要學(xué)生進(jìn)一步熟悉單片機c語言進(jìn)行

9、系統(tǒng)編程的要點，結(jié)合mc9s08aw60芯片的特點，優(yōu)化設(shè)計程序，并繼續(xù)查閱參考文獻(xiàn)，為順利完成畢業(yè)設(shè)計做好準(zhǔn)備。指導(dǎo)教師簽字： 2009年 5月 5日系（教研室）意見： 負(fù)責(zé)人簽字：天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱表（設(shè)計類）畢業(yè)設(shè)計題目雞舍溫度控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)生班級電子051指導(dǎo)教師姓名林志貴評審項目指標(biāo)滿分評分選題能體現(xiàn)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，題目大小、難度適中；學(xué)生工作量飽滿，能得到較全面訓(xùn)練。10題目與生產(chǎn)、科研等實際問題結(jié)合緊密。10課題調(diào)研文獻(xiàn)檢索能獨立查閱文獻(xiàn)以及從事其他形式的調(diào)研，能較好地理解課題任務(wù)并提出實施方案；有分析整理各類信息并從中獲取新知識的能力。15外文應(yīng)用能正

10、確引用外文文獻(xiàn)，翻譯準(zhǔn)確，文字流暢。5設(shè)計說明書（論文）設(shè)計圖紙（插圖）簡潔、規(guī)范、無差錯，設(shè)計欄目齊全合理，能正確使用國家標(biāo)準(zhǔn)單位。15設(shè)計說明書（論文）結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，表達(dá)清楚，文字通順，用語正確，基本無錯別字和病句，書寫格式符合規(guī)范。15能根據(jù)畢業(yè)設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行實驗設(shè)計，對數(shù)據(jù)的運算及處理正確無差錯，對實驗結(jié)果的分析準(zhǔn)確。20設(shè)計具有創(chuàng)新性或?qū)嵱脙r值。10合計100意見及建議：評閱人簽名： 年 月 日天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）成績考核表學(xué)生姓名學(xué)院名稱信息與通信工程學(xué)院專業(yè)班級電子051題目雞舍溫度控制系統(tǒng)設(shè)計1畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師評語及成績：成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日2畢業(yè)設(shè)計（

11、論文）答辯委員會評語及成績：成績：答辯主席（或組長）簽字： 年 月 日3畢業(yè)設(shè)計（論文）總成績：a.指導(dǎo)教師給定成績b.評閱教師給定成績c.畢業(yè)答辯成績總成績(a0.5+b0.2+c0.3)摘 要溫度是雞生長發(fā)育的首要條件，保持適宜的環(huán)境溫度是養(yǎng)雞成功的關(guān)鍵。雞的理想溫度育雛期為3228，育成期2025。溫度過高就會引起體溫升高，代謝緩慢，采食量減少，飲水量增加。雞舍溫度過低就會導(dǎo)致雞群細(xì)菌感染，出現(xiàn)疫情。所以現(xiàn)代化的養(yǎng)雞離不開雞舍溫度控制系統(tǒng)。本設(shè)計是基于can總線，以mc68hc908gz60芯片為核心，通過ds18b20數(shù)字溫度傳感器采集溫度信號，經(jīng)系統(tǒng)運算顯示溫度，超出設(shè)定溫度值報警的

12、智能溫度控制系統(tǒng)。本文介紹了can總線的原理及技術(shù)特點，以及雞舍溫度控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成元件。雞舍溫度控制系統(tǒng)是通過多個ds18b20數(shù)字溫度傳感器采集溫度，送到gz60芯片運算處理，在led上顯示溫度，然后定時通過can總線向主機發(fā)送數(shù)據(jù)，送達(dá)主機后在主機lcd上顯示溫度值。現(xiàn)場控制端與主機都能通過按鍵設(shè)置報警溫度值，查詢每個溫度傳感器的溫度值，報警時現(xiàn)場端與主機都能夠報警提醒，采取升降溫控制。系統(tǒng)采用can總線為現(xiàn)場控制總線具有穩(wěn)定、實時等優(yōu)點，能夠保證雞舍溫度在可控范圍內(nèi)。本文包括了硬件電路設(shè)計和軟件程序流程。系統(tǒng)軟件由主程序和被調(diào)用的各子程序組成，主程序完成初始化后，調(diào)用溫度采集子程序、

13、報警子程序、鍵盤子程序、led顯示子程序、can總線子程序、lcd顯示子程序。關(guān)鍵詞：can總線；溫度控制；溫度傳感器；mc68hc908gz60abstractchicken temperature is a prerequisite for growth and development, and maintain appropriate ambient temperature is key to the success of the chicken. the ideal temperature of the chicken rearing period of 32 28 , incubat

14、ion period of 20 25 . high temperature will cause increased body temperature, slow metabolism, reduce food intake, increased water intake. sheds temperature is too low can lead to bacterial infections in chickens, the disease appears.therefore, modernization can not be separated from the chicken coo

15、p temperature control system. the design is based on the can bus to the chip as the core mc68hc908gz60 through ds18b20 collecting temperature digital temperature sensor signal, computing by the system temperature exceeds the set alarm temperature smart temperature control system.this thesis introduc

16、es the principle of can bus and technical features, as well as temperature control system henhouse constitute the main components. hen house temperature control system is through a number of digital temperature sensor ds18b20 collecting temperature, gz60 to the processing chip in the led display of

17、temperature, and then from time to time through the can bus to the host to send data, after the service host console lcd display temperature value. control client and host the site through access keys temperature alarm settings, query the temperature of each temperature sensor value, the police at t

18、he scene when the client and the host will be able to remind the police to take control or cooling. can bus system bus for on-site control of a stable, real-time, etc., to ensure temperature controlled sheds range. this article includes hardware and software design processes.system software by the m

19、ain program and calls the subroutine of the main program after the completion of initialization, the temperature acquisition subroutine calls, alarm subroutine, subroutine keyboard, led display subroutine, can bus subprogram, lcd display subroutine.key words： can bus; temperature control; temperatur

20、e sensor; mc68hc908gz60目 錄第一章 緒論11.1 雞舍溫度控制系統(tǒng)與can總線11.1.1 雞舍溫度控制系統(tǒng)在我國的發(fā)展形式11.1.2 can總線的技術(shù)特點和發(fā)展前景11.2 can總線在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用21.3 本文內(nèi)容的主要安排3第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計概要和器件選擇42.1 雞舍溫度控制系統(tǒng)介紹42.2 系統(tǒng)硬件選擇 2.2.1 gz60芯片 2.2.2 數(shù)字溫度傳感器ds18b20 2.2.3 lcd顯示tc1602c 2.2.4 led顯示s03641 2.2.5 can總線收發(fā)器pca82c250 2.2.6 6n137 2.2.7 max232 2.2.

21、8 lm2575-5 2.2.9 移位寄存器74hc5952.3 信號與引腳分配第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 主機控制部分設(shè)計 3.1.1 gz60最小系統(tǒng)及復(fù)位電路模塊 3.1.2 電源供給模塊 3.1.3 鍵盤模塊 3.1.4 can通信模塊 3.1.5 串行通信接口模塊 3.1.6 lcd顯示模塊3.2 現(xiàn)場控制部分設(shè)計 3.2.1 led顯示模塊 3.2.2 溫度采集模塊 3.2.3 繼電器模塊3.3 端口地址分配第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 設(shè)計思路4.2 設(shè)計方案 4.2.1 主程序 4.2.2 鍵盤模塊程序 4.2.3 溫度采集模塊程序 4.2.4 can總線模塊程序 4.2.5 l

22、ed顯示模塊程序 4.2.6 lcd顯示模塊程序 4.2.7 報警模塊程序第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 軟件調(diào)試5.2 調(diào)試結(jié)果結(jié)論參考文獻(xiàn)附錄謝辭 天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第一章 緒論第一章 緒 論1.1 雞舍溫度控制系統(tǒng)與can總線1.1.1雞舍溫度控制系統(tǒng)在我國的發(fā)展形式 隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測溫儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個方面，但雞舍溫度控制一直是一個未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個實際問題。針對這種實際情況，設(shè)計一個雞舍溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實際意義。 1.1.2 can總

23、線的技術(shù)特點和發(fā)展前景can總線網(wǎng)絡(luò)即控制器局域網(wǎng)cancontroller area network）屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，其總線規(guī)范已被iso國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，并被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場總線之一。can總線的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的各檢測和執(zhí)行機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。由于其設(shè)計成本低，通訊可靠，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在早期的變電站綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)中起了很大作用。can總線直接通信最遠(yuǎn)可達(dá)lokm(傳輸率為5l(bps)，通信速率最高可達(dá)1mbps(傳輸距離為40m)；can總線

24、上節(jié)點數(shù)可達(dá)110個。通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜和光纖；網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點可主動向其他節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。是一種多主總線，可以方便地構(gòu)成多機備份系統(tǒng)；數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)長度最多為8個字節(jié)，這樣不僅可以滿足工控領(lǐng)域中傳送控制命令、工作狀態(tài)和測量數(shù)據(jù)的一般要求，而且保證了通信的實時性；支持4種報文幀：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯幀、超載幀。采用短幀結(jié)構(gòu)，傳送時間短、受干擾概率低，且具有良好的檢錯功能；在每一個幀中都有crc效驗及其它檢錯措施，數(shù)據(jù)差錯率低；網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，退出網(wǎng)絡(luò)通信，保證總線上的其他操作不受影響。can總線在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點以及它的高性能價格比決定了它

25、在許多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。大型儀器設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，對多種信息進(jìn)行采集、處理、控制、輸出等操作。如醫(yī)療器械ct斷層掃描儀，為保證其可靠工作，在數(shù)據(jù)通信上要求功能塊間可隨意進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、通信能以廣播方式進(jìn)行、簡單經(jīng)濟的硬件接口、通信線盡量少、抗干擾能力強、可靠性高并能自動進(jìn)行故障識別和自動恢復(fù)。但是，這些要求長時間未能得到很好的解決，直至can總線技術(shù)出現(xiàn)才提供了一個較好的解決方法。測控系統(tǒng)中離不開傳感器，由于各類傳感器的工作原理不同，其最終輸出的電量形式也各不相同，為了便于系統(tǒng)連接，通常要考慮將傳感器的輸出變換成標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號。即便是這樣，在與計算機相連時，必須增加a/d環(huán)節(jié)。如

26、果傳感器能以數(shù)字形式輸出，就可以方便地與計算機直接相連，從而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高精度。這種傳感器與計算機相連的總線可2天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第一章 緒論稱為傳感器總線。實際上傳感器總線仍屬于現(xiàn)場總線，關(guān)鍵的問題在于如何將總線接口與傳感器一體化。在廣泛的工業(yè)控制領(lǐng)域，can總線可作為現(xiàn)場設(shè)備級的現(xiàn)場總線，與其它總線相比，具有很高的可靠性和性價比。這必將是can技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的一個主要方向。在以往的國內(nèi)測控領(lǐng)域，由于沒有更好的選擇，大多采用bitbus或rs-485作為通信總線。其不足主要有：一主多從，無冗余；數(shù)據(jù)通信為命令響應(yīng)，傳輸率低；錯誤處理能力弱。采用can總線技術(shù)后即可解決上述問題。ca

27、n網(wǎng)絡(luò)上任何一個節(jié)點均可作為主節(jié)點主動地與其它節(jié)點交換數(shù)據(jù)；can網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信息幀可以分出優(yōu)先級，這對于有實時性要求的控制提供了方便；can的物理層及數(shù)據(jù)鏈路層有獨特的設(shè)計技術(shù)，使其在抗干擾以及錯誤檢測等方面的性能均大大提高。can的上述特點使其成為諸多工業(yè)測控領(lǐng)域中首選的現(xiàn)場總線之一。1.2 can總線在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用溫度是生產(chǎn)中經(jīng)常碰到的控制參數(shù)之一，對溫度控制的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量甚至產(chǎn)品制造的成功與失敗。溫度具有非線性、時變性、滯后性等特性。以溫度作為被控制量的反饋控制系統(tǒng)。在化工、石油、冶金等生產(chǎn)過程的物理過程和化學(xué)反應(yīng)中，溫度往往是一個很重要的量，需要準(zhǔn)確地加以控制。除了這

28、些部門之外，溫度控制系統(tǒng)還廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域，是用途很廣的一類工業(yè)控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)常用來保持溫度恒定或者使溫度按照某種規(guī)定的程序變化。 溫度控制系統(tǒng)由被控對象、測量裝置、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機構(gòu)等部分構(gòu)成（圖1）。被控對象是一個裝置或一個過程，它的溫度是被控制量。測量裝置對被控溫度進(jìn)行測量，并將測量值與給定值比較，若存在偏差便由調(diào)節(jié)器對偏差信號進(jìn)行處理，再輸送給執(zhí)行機構(gòu)來增加或減少供給被控對象的熱量，使被控溫度調(diào)節(jié)到整定值。測量裝置是溫度控制系統(tǒng)的重要部件，包括溫度傳感器和相應(yīng)的輔助部分，如放大、變換電路等。測量裝置的精度直接影響溫度控制系統(tǒng)的精度，因此在高精度溫度控制系統(tǒng)中必須采用高精度的溫度

29、測量裝置。溫度控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)大多采用可控?zé)峤粨Q器。根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的校正后的偏差信號，調(diào)節(jié)流入熱交換器的熱載體（液體或氣體）的流量，來改變供給（或吸收）被控對象的熱量，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。在一些簡單的溫度控制系統(tǒng)中，也常采用電加熱器作為執(zhí)行機構(gòu)，對被控對象直接加熱。通過調(diào)節(jié)電壓（或電流）的大小可改變供出的熱量。多數(shù)溫度控制系統(tǒng)中被控對象在進(jìn)行熱交換時的溫度變化過程，既是一個時間過程，也是沿空間的一個傳播過程，需要用偏微分方程來描述各點溫度變化的規(guī)律。因此溫度控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個分布參數(shù)系統(tǒng)。分布參數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計理論還很不成熟，而且往往過于復(fù)雜而難于在工程實際問題中應(yīng)用。解決的途徑有二：

30、一是把溫度控制系統(tǒng)作為時滯系統(tǒng)來考慮。時滯較大時采用時滯補償調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具有時滯是多數(shù)溫度控制系統(tǒng)的特點之一。另一途徑是采用分散控制方式，把分布參數(shù)的被控過程在空間上分段化，每一段過程可作為集中參數(shù)系統(tǒng)來控制，構(gòu)成空間上分布的多站控制系統(tǒng)。采用分散控制?？色@得較好的控制精度。多點溫度控制在生產(chǎn)和日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，如智能大廈、蔬菜大棚、恒溫廠房、大中型糧倉、庫房等場合。系統(tǒng)應(yīng)能夠在設(shè)定溫度及變化范圍內(nèi)對監(jiān)控對象進(jìn)行溫度控制。常用的溫度檢測方法是采用溫度傳感器的單片機測試裝置，利用rs - 485 總線構(gòu)成主從式多機通信網(wǎng)絡(luò)，以便集中監(jiān)控和管理。但是在監(jiān)控范圍較廣、傳輸距離較

31、遠(yuǎn)的情況下，rs - 485 總線存在傳輸速率較低，抗干擾能力較差，響應(yīng)速度較慢等缺點。需要采用新的技術(shù)改善原有系統(tǒng)中rs - 485 總線的通信問題。在各種通信方式中，面向工業(yè)控制的現(xiàn)場總線技術(shù)從根本上突破了傳統(tǒng)的“點對點”式的模擬信號或數(shù)字信號控制的局限性，為真正的“分散式控制，集中式管理”提供了技術(shù)保證。can 是現(xiàn)場總線的一種，是一種有效支持分布式控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。與rs - 485 相比，can 總線具有更強的糾錯能力和實時性；低廉的成本以及主要為現(xiàn)場測控而設(shè)計的思想，使其在現(xiàn)代分布式測量與控制領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。can總線以其特有的優(yōu)勢用于溫度控制系統(tǒng)極大地提高了系統(tǒng)的可靠性

32、、實時性，且系統(tǒng)開發(fā)價格較低廉，性價比高，安裝維護簡單。1.3 本文內(nèi)容的主要安排第一章， 緒論主要介紹課題的發(fā)展形勢及can總線技術(shù)的優(yōu)勢和發(fā)展情況。第二章， 完成了方案的整體設(shè)計，包括系統(tǒng)方案的構(gòu)想和器件選擇。第三章， 完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括主機控制和現(xiàn)場控制部分。第四章， 闡述系統(tǒng)設(shè)計思路和方案，完成系統(tǒng)軟件設(shè)計，包括主程序和子程序。第五章， 完成系統(tǒng)的編譯和調(diào)試。3天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計概要和器件選擇第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計概要和器件選擇2.1 雞舍溫度控制系統(tǒng)介紹該溫度控制系統(tǒng)是通過溫度傳感器采集溫度信號，送入單片機中再將其與單片機中的報警界限值比較，如達(dá)到報警

33、界限后就報警提示。同時通過can總線傳到主機報警并顯示溫度。主機與現(xiàn)場端同時能控制設(shè)定報警值、顯示某節(jié)點溫度。其系統(tǒng)框圖如圖2-1所示： mcu(gz60集成can控制器）mcu(gz60集成can控制器）can總線指示燈（報警）繼電器（溫度控制）can總線lcd顯示溫度傳感器鍵盤輸入指示燈（報警）led顯示鍵盤輸入圖2-1雞舍溫度控制系統(tǒng)框圖2.2 系統(tǒng)硬件選擇 2.2.1 gz60芯片本設(shè)計采用freescale半導(dǎo)體公司的08系列mcu，由于08系列mcu的兼容性和通用性，并且系統(tǒng)設(shè)計需要用到can協(xié)議收發(fā)控制器，所以采用該系列中資源比較豐富的mc68hc908gz60 mcu作為互聯(lián)系

34、統(tǒng)的主控芯片。該芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了can協(xié)議收發(fā)控制器，故在實現(xiàn)can接口時不需要外接can收發(fā)控制器，可直接與can總線驅(qū)動器相連，操作起來比較方便。mc68hc908gz60 mcu是freescale半導(dǎo)體公司于2004年5月推出的一款低功耗、高性能的8位mcu。該芯片內(nèi)部集成了can協(xié)議收發(fā)控制器mscan08模塊；具有2kb片內(nèi)ram、60kb片內(nèi)flash；并帶有10路10位a/d轉(zhuǎn)換器和多達(dá)50根通用i/o引腳。其引腳如圖2-2。各引腳分布如下：a口：pta0/kbd0/ad8pta7/kbd7/ad15，可用作鍵盤中斷輸入口和ad圖2-2 gz60引腳圖采集輸入口；b口：ptb

35、0/ad0ptb7/ad7,可用作ad采集輸入口；c口：ptc0/cantxptc1/canrx，其中ptc0、ptc1與can接口引腳cantx、canrx復(fù)用；d口：ptd0ptd7,與時鐘輸入捕捉復(fù)用；e口：pte0pte5,其中pte0、pte1與sci接口引腳txd、rxd復(fù)用；f口：ptf0ptf7g口：ptg0/ad16ptg3/ad19,ptg4ptg7;2.2.2 數(shù)字溫度傳感器ds18b20ds18b20溫度傳感器是數(shù)字溫度傳感器，提供9位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入ds18b20或從ds18b20送出，因此從中央處理器到ds18b20僅需一條線。讀、寫和

36、完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。測量范圍從-55至+125。以9位數(shù)字值方式讀出溫度。在1秒內(nèi)把溫度變換為數(shù)字。引腳說明:圖2-3圖2-3 ds18b20引腳引腳說明，如表2-1：表2-1ds18b20引腳說明gnd地dq數(shù)字輸入輸出vdd可選的vddnc空引腳dnc不連接2.2.3 lcd顯示tc1602c字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母，數(shù)字，符號等的點陣型液晶顯示模塊。字符型液晶顯示模塊是在一塊雙面印刷線路板上，它的一面用導(dǎo)電橡膠將電路與液晶顯示器件連接，另一方面裝配所需要的驅(qū)動器和控制器以及驅(qū)動所需的分壓電路。最大工作范圍：1、 邏輯工作電壓（vd

37、d）：+4.5至+5.5v2、 lcd驅(qū)動電壓（vdd-v0）：+4.5至+13.0v3、 工作溫度：0至604、 保存溫度：-55至1255、 工作電流：2.0mamax模塊接口說明如表2-2：表2-2 tc1602c接口說明引腳標(biāo)號功能說明備注1vss邏輯負(fù)電源輸入引腳，0v2vdd邏輯正電源輸入引腳，+5v3volcd驅(qū)動電源輸入引腳，大小可調(diào)lcd顯示對比度一般接0v4rs數(shù)據(jù)/指令寄存器選擇引腳5r/w讀寫選擇引腳若不須讀功能操作，可接地線6e讀寫使能引腳7-14d0-d78位數(shù)據(jù)線引腳4位總線模式下，d0-d3引腳斷開15a背光電源輸入引腳，+5v不帶背光模塊無此引腳16k背光電源

38、輸入引腳，0v2.2.4 led顯示s03641leds03641b數(shù)碼管是深圳市晶美觀點科技有限公司生產(chǎn)的一種4位八段共陽極數(shù)碼管。其原理圖如圖2-4所示。圖2-4 共陰、共陽極數(shù)碼管原理圖 圖2-5 s03641引腳圖 8段數(shù)碼管一般由8個發(fā)光二極管(led)組成，每一個位段就是一個發(fā)光二極管。一個8段數(shù)碼管分別由a、b、c、d、e、f、g位段，外加上一個小數(shù)點的位段h(或記為dp)組成。根據(jù)公共端所接電平的高低，可分為共陽極和共陰極兩種，如圖2-6所示。實物外型見圖2-5。共陰極8段數(shù)碼管的信號端高電平有效，只要在各個位段上加上相應(yīng)的信號即可使相應(yīng)的位段發(fā)光，比如：要使a段發(fā)光，則在a段

39、加上高電平即可。共陽極的8段數(shù)碼管則相反，在相應(yīng)的位段加上低電平即可使該位段發(fā)光。因而，一個8段數(shù)碼管就必須有8位(即1個字節(jié))數(shù)據(jù)來控制各個位段的亮滅。如此推算，有幾個8段數(shù)碼管，就必須有幾個字節(jié)的數(shù)據(jù)來控制各個數(shù)碼管的亮滅。這樣控制雖然簡單，卻不切實際，mcu也不可能提供這么多的端口用來控制數(shù)碼管，為此，往往是將幾個8段數(shù)碼管合在一起使用，通過一個稱為數(shù)據(jù)口的8位數(shù)據(jù)端口來控制段位。而一個8段數(shù)碼管的公共端，原來接到固定的電平(對共陰極是gnd，對共陽極是vcc)，現(xiàn)在接mcu的一個輸出引腳，由mcu來控制，通常叫“位選信號”，而把這些由n個數(shù)碼管合在一起的數(shù)碼管組稱為n連排數(shù)碼管。這樣，

40、mcu的兩個8位端口就可以控制一個8連排的數(shù)碼管。若是要控制更多的數(shù)碼管，則可以考慮外加一個譯碼芯片。對于圖2-7所示的4連排數(shù)碼管，利用cs3 、cs2、cs1、cs0控制各個數(shù)碼管的位選信號，每個時刻只能讓一個數(shù)碼管有效，即cs3 、cs2、cs1、cs0只能有一個為1，例如令cs3=1，cs2、cs1、cs0=000，則數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)體現(xiàn)在第一個數(shù)碼管上，其他則不受影響。要讓各個數(shù)據(jù)管均顯示需要的數(shù)字，則必須逐個使相應(yīng)位選信號為0，其他位選信號為1，并將要顯示的一位數(shù)字送到數(shù)據(jù)線上。這種方法叫“位選線掃描法”。雖然每個時刻只有一個數(shù)碼管有效，但只要延時適當(dāng)，由于人眼的“視覺暫留效應(yīng)”(約

41、100ms左右)，看起來則是同時顯示的。2.2.5 can總線收發(fā)器pca82c250pca82c250收發(fā)器的典型應(yīng)用如圖3 所示協(xié)議控制器通過串行數(shù)據(jù)輸出線tx 和串行數(shù)據(jù)輸入線rx 連接到收發(fā)器收發(fā)器通過有差動發(fā)送和接收功能的兩個總線終端canh 和canl 連接到總線電纜輸入rs 用于模式控制參考電壓輸出vref 的輸出電壓是額定vcc 的0.5 倍其中收發(fā)器的額定電源電壓是5v。協(xié)議控制器輸出一個串行的發(fā)送數(shù)據(jù)流到收發(fā)器的txd 引腳內(nèi)部的上拉功能將txd 輸入設(shè)置成邏輯高電平也就是說總線輸出驅(qū)動器默認(rèn)是被動的在隱性狀態(tài)中見圖2 canh 和canl 輸入通過典型內(nèi)部阻抗是17k 的

42、接收器輸入網(wǎng)絡(luò)偏置到2.5v 的額定電壓另外如果txd 是邏輯低電平總線的輸出級將被激活在總線電纜上產(chǎn)生一個顯性的信號電平見圖2 輸出驅(qū)動器由一個源輸出級和一個下拉輸出級組成canh 連接到源輸出級canl 連接到下拉輸出級在顯性狀態(tài)中can_h 的額定電壓是3.5v can_l 是1.5v。pca82c250應(yīng)用如圖2-6：圖2-6 pca82c250應(yīng)用示意圖2.2.6 6n1376n137示意圖如圖2-7：圖2-7 6n137引腳圖6n137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個850 nm波長algaas led和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運

43、放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，lsttl/ttl兼容，高速(典型為10mbd)，5ma的極小輸入電流。特性：轉(zhuǎn)換速率高達(dá)10mbit/s;擺率高達(dá)10kv/us;扇出系數(shù)為8;邏輯電平輸出;集電極開路輸出;工作參數(shù)：最大輸入電流，低電平：250ua 最大輸入電流，高電平：15ma 最大允許低電平電壓(輸出高)：0.8v 最大允許高電平電壓：vcc 最大電源電壓、輸出：5.5v 扇出(ttl負(fù)載)：8個(最多) 工作溫度范圍：-40c to +85c 典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達(dá)控制系統(tǒng)和a/d轉(zhuǎn)換等 需要注意的是，在6n137光耦合

44、器的電源管腳旁應(yīng)有個0.1uf的去耦電容。在選擇電容類型時，應(yīng)盡量選擇高頻特性好的電容器，如陶瓷電容或鉭電容，并且盡量靠近6n137光耦合器的電源管腳；另外，輸入使能管腳在芯片內(nèi)部已有上拉電阻，無需再外接上拉電阻。 6n137光耦合器的使用需要注意兩點：第一是6n137光耦合器的第6腳vo輸出電路屬于集電極開路電路，必須上拉一個電阻；第二是6n137光耦合器的第2腳和第3腳之間是一個led，必須串接一個限流電阻。2.2.7 max232max232示意圖如圖2-8：圖2-8 max示意圖max232芯片是美信公司專門為電腦的rs-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路,使用+5v單電源供電。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本

45、可分三個部分：（1）電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給rs-232串口電平的需要。（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（r1in）、12腳（r1out）、11腳（t1in）、14腳（t1out）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（r2in）、9腳（r2out）、10腳（t2in）、7腳（t2out）為第二數(shù)據(jù)通道。ttl/cmos數(shù)據(jù)從t1in、t2in輸入轉(zhuǎn)換成rs-232數(shù)據(jù)從t1out、t2out送到電腦db9插頭；db9插頭的rs-232數(shù)據(jù)從r1in、r2in輸入轉(zhuǎn)換成ttl/c

46、mos數(shù)據(jù)后從r1out、r2out輸出。（3）15腳gnd、16腳vcc（+5v）。2.2.8 lm2575-5lm2575系列的主要特性是：1、有3.3、5、12、15伏，及可以調(diào)整輸出電壓的版本可供選擇。比如本文介紹的 lm2575t-5.0 p+ , 就是固定輸出5v電壓。 2、可調(diào)整輸出的電壓版本輸出電壓是1.37到37伏 (hv版本可達(dá)57v) 3、最大輸出電流1a 4、輸入電壓最高40v (hv版本最高60v) 5、只需要4只外圍元件 6、內(nèi)部振蕩頻率為52k 7、ttl關(guān)閉功能，待機狀態(tài)極低功耗。 8、使用高可靠的標(biāo)準(zhǔn)電感 (330uh) 9、溫度及電流限制保護 10、+版本提

47、供增加的測試功能。封裝外型與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-9：圖2-9 lm2575引腳圖2.2.9 移位寄存器74hc59574hc595是硅結(jié)構(gòu)的cmos器件，兼容低電壓ttl電路，遵守jedec標(biāo)準(zhǔn)。 74hc595是具有8位移位寄存器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。1、特點：（1） 8位串行輸入、8位串行或并行輸出（2） 存儲狀態(tài)寄存器，三種狀態(tài)（3） 輸出寄存器可以直接清除（4） 100mhz的移位頻率 2、輸出能力： 并行輸出，總線驅(qū)動； 串行輸出；標(biāo)準(zhǔn)中等規(guī)模集成電路。 595移位寄存器有一個串行移位輸入（ds），和一個串行輸出（q7）, 和一個異步的低電平復(fù)位。數(shù)據(jù)在schcp的上升沿輸入，在s

48、tcp的上升沿進(jìn)入的存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。存儲寄存器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能oe時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。3、引腳說明（1） q0q7 -15， 1， 7 并行數(shù)據(jù)輸出（2） gnd -8 地（3） q7 - 9 串行數(shù)據(jù)輸出（4） mr - 10 主復(fù)位（低電平）（5） sh_cp - 11 移位寄存器時鐘輸入（6） st_cp -12 存儲寄存器時鐘輸入（7） oe -13 輸出有效（低電平）（8） ds -14 串行數(shù)據(jù)輸入（9） vcc - 16 電源，如圖2-10所 圖2-10 74hc59

49、5引腳圖2.3 信號與引腳分配原理圖一：輸入輸出信號列表表2-3 系統(tǒng)輸入信號類型編號名稱命名來源說明1復(fù)位按鈕k0鍵盤復(fù)位開關(guān)量輸入2節(jié)點選擇按鈕k1鍵盤控制與選擇的子節(jié)點通信3數(shù)據(jù)發(fā)送按鈕k2鍵盤控制主機向子節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)4接受數(shù)據(jù)按鈕k3鍵盤控制主機接受子節(jié)點的數(shù)據(jù)5緊急處理按鈕k4鍵盤系統(tǒng)出現(xiàn)緊急狀況執(zhí)行緊急處理表2-4 系統(tǒng)輸出信號類型編號名稱命名對象說明開關(guān)量輸出1程序運行指示program-run指示燈指示程序運行狀態(tài)燈亮工作，反之不工作2報警指示alarm-instructions指示燈指示燈亮，表示溫度異常，反之正常3發(fā)送數(shù)據(jù)指示data-transmit指示燈指示數(shù)據(jù)發(fā)送成功

50、狀態(tài)與否，燈亮發(fā)送成功，反之否4接受數(shù)據(jù)指示data-receive指示燈指示接受數(shù)據(jù)成功狀態(tài)與否，燈亮接受數(shù)據(jù)成功，反之否5升降溫度sjtemperature繼電器利用繼電器改變溫度6led顯示led showled顯示溫度等表2-5 系統(tǒng)輸入/輸出信號類型編號名稱命名來源說明sci信號1數(shù)據(jù)接收rxd串行數(shù)據(jù)輸入從pc或別外設(shè)獲得數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)發(fā)送txd串行數(shù)據(jù)輸出將數(shù)據(jù)pc或別外設(shè)can信號1cantxcan數(shù)據(jù)發(fā)送mcu到外設(shè)2canrxcan數(shù)據(jù)接收外設(shè)到mcumc68hc908gz60引腳分配列表：64pin的mc68hc908gz60通用i/o口有pta0pta7，ptb0ptb7，ptc0ptc6，ptc0ptc1，ptc2 ptc6，ptd0ptd3，ptd4ptd7，pte0pte1，pte2 pte5，ptf13，ptf57，ptg07，一共50個。i/o口的具體分配情況如表2-6所示。