基于CAN總線的田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于CAN總線的田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要農(nóng)業(yè)是維持人民的基本生活的基礎(chǔ)，然而農(nóng)業(yè)的發(fā)展受到自然環(huán)境和農(nóng)業(yè)科技的限制。大幅度提高土地利用率、勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高整體效率，必須依靠科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。田間作業(yè)機(jī)車在田間松土、播種、施肥、收割等場(chǎng)合發(fā)揮著重要作用，但是隨著機(jī)車的使用率的增多，與田間作業(yè)機(jī)車有關(guān)的安全事故也不斷增加，威脅著機(jī)車司機(jī)的人生安全。為了提高田間機(jī)車在工作過程中的安全性，以往大多數(shù)的方法都是通過與司機(jī)電話聯(lián)系或派人到現(xiàn)場(chǎng)查看來(lái)確定機(jī)車司機(jī)的安全和機(jī)車的的位置。深入研究以往的田間作業(yè)機(jī)車監(jiān)測(cè)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了“基于CAN總線的田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，

2、實(shí)現(xiàn)了對(duì)田間作業(yè)機(jī)車的位置、作業(yè)面積、油箱溫度、機(jī)車速度等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，已達(dá)到減少田間作業(yè)機(jī)車在田地工作時(shí)出現(xiàn)意外情況的目的。本論文主要完成了一下幾方面的工作：1、系統(tǒng)的分析了田間作業(yè)機(jī)車工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷史和國(guó)內(nèi)外研究概況，闡述了課題研究的意義和目的。同時(shí)對(duì)CAN總線做了深入學(xué)習(xí)。2、針對(duì)田間作業(yè)機(jī)車工作時(shí)可能出現(xiàn)的安全問題，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和實(shí)際情況，提出了“基于CAN總線的田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”設(shè)計(jì)的總體框架，同時(shí)分析了該方案的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)和不足及還需要解決的問題。3、設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的硬件部分，由數(shù)據(jù)采集端、CAN總線傳輸、和數(shù)據(jù)發(fā)送端等組成，實(shí)現(xiàn)了

3、數(shù)據(jù)的采集、傳輸和發(fā)送。4、根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的需要，設(shè)計(jì)了“基于CAN總線的田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”的軟件編程。包括單片機(jī)、GPRS、CAN總線的編程。5、通過多次試驗(yàn)調(diào)試，能夠得到田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)信息，并且可以在顯示界面上實(shí)時(shí)的看到這些工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)與參考的數(shù)據(jù)能夠較好的吻合，說(shuō)明誤差較小，具有良好的精度。同時(shí)系統(tǒng)采用了CAN總線技術(shù)，減少了錯(cuò)綜復(fù)雜的布線，提高了穩(wěn)定性，操作簡(jiǎn)單，該系統(tǒng)將會(huì)提高田間作業(yè)機(jī)車的安全系數(shù)和工作效率，具有很好的應(yīng)用前景，可以大范圍推廣使用。關(guān)鍵詞：田間作業(yè)機(jī)車；CAN總線；傳感器；GPS第一章緒論1.1選題的背景和意

4、義 農(nóng)業(yè)是保證國(guó)家發(fā)展和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定的重要依據(jù)，隨著時(shí)代的發(fā)展，各國(guó)清晰的認(rèn)識(shí)到農(nóng)業(yè)對(duì)于國(guó)家穩(wěn)定的重要性。黨在十七屆三中全會(huì)中共中央關(guān)于推進(jìn)農(nóng)村改革發(fā)展若干重大問題的決定一文中明確指出：“積極發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力”，深入理解和認(rèn)識(shí)發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要性。隨著信息科學(xué)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，田間作業(yè)機(jī)車是否可以安全的運(yùn)行，對(duì)于保障田間作業(yè)機(jī)車司機(jī)的生命安全、確保產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、提高農(nóng)田的經(jīng)濟(jì)效益都具有十分重要的意義。同時(shí)我國(guó)北方地區(qū)常會(huì)出現(xiàn)一些極端氣候的自然災(zāi)害，如持續(xù)低溫、多雪多雨、氣候異常、回暖偏晚等，這些對(duì)田間作業(yè)機(jī)車的正常工作帶來(lái)了難題，在這樣氣候的影響下，機(jī)車達(dá)不到要求的效率

5、3。因此對(duì)于北方田間機(jī)車作業(yè)來(lái)說(shuō)，對(duì)田間作業(yè)機(jī)車的監(jiān)測(cè)是個(gè)重要的過程。機(jī)車狀態(tài)監(jiān)測(cè)是針對(duì)機(jī)車或者機(jī)車部件在工作中的運(yùn)行狀態(tài)（如車速、油箱溫度，作業(yè)面積，耗油量等）進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和檢測(cè)，通過各類傳感器（如溫度感光器，光感傳感器、浮子傳感器等）將這些數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需的數(shù)字信號(hào)或者電信號(hào)等，通過有效的傳輸后在處理器中進(jìn)行分析和處理，最后將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)已達(dá)到對(duì)機(jī)車工況監(jiān)測(cè)的目的。對(duì)于田間作業(yè)機(jī)車工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究是保障田間作業(yè)機(jī)車正常工作的基礎(chǔ)條件。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能對(duì)出現(xiàn)故障機(jī)車做出快速準(zhǔn)確的反應(yīng)，提高設(shè)備的可靠性和智能化調(diào)度水平，同時(shí)也能夠保障田間作業(yè)機(jī)車司機(jī)的生命安全，減少維修費(fèi)用，為公司減少了經(jīng)

6、濟(jì)支出，帶來(lái)了巨大經(jīng)濟(jì)效益。早期的田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要在機(jī)車的布線中使用價(jià)格高昂的模擬信號(hào)線，而且每一個(gè)傳感器需要單獨(dú)布線，線多而亂，不僅給裝機(jī)帶來(lái)麻煩，而且也為以后更新傳感器時(shí)帶來(lái)不必要的麻煩。田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集端一般采用無(wú)線的傳輸模式，但是由于車載部分傳輸距離較近，再加上無(wú)線傳輸?shù)男阅懿粔蚍€(wěn)定，農(nóng)田地里環(huán)境惡劣，這些都將限制監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作。從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌戎v，無(wú)線傳輸?shù)乃俣炔蝗缬芯€傳輸?shù)乃俣瓤?，這大大的影響了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，進(jìn)而影響監(jiān)控系統(tǒng)，這一類型的田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求?，F(xiàn)代的田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般利用計(jì)算機(jī)

7、、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通信的技術(shù)支持，充分彰顯了強(qiáng)大的工作能力和廣闊的應(yīng)用性。由這樣的交叉組合技術(shù)組成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有很高的可靠性和安全性，田間作業(yè)機(jī)車司機(jī)也可以依靠機(jī)車內(nèi)的設(shè)備及時(shí)了解機(jī)車的內(nèi)部情況，一旦出現(xiàn)問題，立即采取相應(yīng)的措施，減少損失。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式微控制器MCU(Micro Control Unit)的優(yōu)越性能凸顯出來(lái)，應(yīng)用也越來(lái)月廣泛。現(xiàn)代的通信技術(shù)日新月異，有線傳輸也取得了突破性的進(jìn)展。這些技術(shù)都為田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀新世紀(jì)以來(lái)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家為了達(dá)到農(nóng)業(yè)高效率和高產(chǎn)出的目的，開始著手于田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)

8、踐,與之相關(guān)企業(yè)也先后開發(fā)了各有特色的田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，CAN總線技術(shù)就是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。CAN總線是一項(xiàng)以計(jì)算機(jī)、智能傳感和數(shù)據(jù)通信為主的綜合性技術(shù)，在當(dāng)代的自動(dòng)化控制領(lǐng)域發(fā)展迅速，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的局域網(wǎng)。CAN總線（Controller Area Network）最早是由德國(guó)Bosch公司在1986年提出，它具有性價(jià)比高、傳輸速度快、實(shí)時(shí)性和可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，當(dāng)時(shí)普遍適用于解決汽車問題，現(xiàn)如今已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到自動(dòng)控制、樓宇自動(dòng)化、醫(yī)學(xué)設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。隨著CAN總線在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛使用，國(guó)際上也對(duì)CAN總線的通信格式提出了更加嚴(yán)格的要求，1991年在各方的共同努力下C

9、AN總線技術(shù)規(guī)范（Version2.0）制定完成并正式發(fā)布。此外“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)靠科技，科技使用靠農(nóng)機(jī)?！钡靡嬗谖覈?guó)大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、農(nóng)業(yè)信息化和農(nóng)業(yè)機(jī)械化的國(guó)家政策。有效的采用田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，可以使田間作業(yè)機(jī)車達(dá)到高效率、低功耗的目的，更大的促進(jìn)農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在未來(lái)的中國(guó)，田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)控市場(chǎng)應(yīng)用前景將十分廣闊。1.2.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)凱斯-紐荷蘭Winner系列電子系統(tǒng)、8030系列的電子信息系統(tǒng)、迪爾Intellitrak電子儀表系統(tǒng)，道依茲Agrotronic-l電子駕駛操縱系統(tǒng)、福格森的Autotronic系統(tǒng)和Datatronic系統(tǒng)等6，這些裝置

10、主要控制田間作業(yè)機(jī)車的常規(guī)信息參數(shù)、液晶圖形顯示、超聲光報(bào)警、和控制隨機(jī)性能參數(shù)（機(jī)車實(shí)際前進(jìn)速度、工作時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力輸出軸（PTO）轉(zhuǎn)速、機(jī)車作業(yè)面積、作業(yè)效率及滑轉(zhuǎn)率等），還具有優(yōu)化駕駛操縱方案、故障診斷和報(bào)警、前驅(qū)動(dòng)、差速鎖上和動(dòng)力輸出軸（PTO）自動(dòng)控制等功能。國(guó)外田間作業(yè)機(jī)車大多安裝機(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。功能是采集和分析處理機(jī)車作業(yè)過程中傳感器采集回來(lái)的信息參數(shù)，這些信息參數(shù)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，PTO轉(zhuǎn)速、作業(yè)行駛速度、打滑率等。為了促進(jìn)CAN總線以及CAN總線協(xié)議的進(jìn)一步發(fā)展，歐洲于1992年成立了CiA(CAN in Automation)。在CiA的作用下，CAN總線技術(shù)在紡織機(jī)

11、械、汽車電子控制系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、船舶運(yùn)輸和航空航天控制等方面均得到了廣泛的應(yīng)用7。CiA現(xiàn)在有全世界400多家公司加入其中，如今CiA已經(jīng)是全球應(yīng)用CAN總線技術(shù)最權(quán)威的機(jī)構(gòu)。根據(jù)國(guó)外資料報(bào)道，CAN總線技術(shù)已廣泛的應(yīng)用于家用電器、智能樓宇以及小區(qū)建設(shè)中。它的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以隨機(jī)的訪問，通信速度能夠滿足要求。一些網(wǎng)關(guān)如CAN總線與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，可以使一個(gè)房間或者一整棟大廈的CAN總線信息轉(zhuǎn)變?yōu)镮nternet的形式后傳輸出去或反過來(lái)通過這類網(wǎng)關(guān)把外網(wǎng)傳來(lái)的信息轉(zhuǎn)換為CAN總線的形式，即實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制10。1.2.2、國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)在以往的國(guó)內(nèi)測(cè)控領(lǐng)域，由

12、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(wú)冗余；數(shù)據(jù)通信為命令響應(yīng)，傳輸率低；錯(cuò)誤處理能力弱，采用CAN總線技術(shù)后即可解決上述問題11。CAN總線上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可作為主節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)并且可以分出優(yōu)先級(jí)。這些特點(diǎn)使其在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域眾多總線中成為首選的現(xiàn)場(chǎng)總線之一13。基于CAN總線的田間作業(yè)機(jī)車工況監(jiān)測(cè)采用高新技術(shù)提高了機(jī)車性能、可靠性和安全性等。目前國(guó)內(nèi)機(jī)車工況監(jiān)控系統(tǒng)的研究情況主要如下：21世紀(jì)初期吉林大學(xué)任輝、楊印生等在泰國(guó)農(nóng)機(jī)作業(yè)委托的調(diào)查中論述了農(nóng)機(jī)作業(yè)委托的定義，郭鴻鵬開展了農(nóng)機(jī)作業(yè)委托決策支持系統(tǒng)研究的工作。2006年國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化

13、工程技術(shù)研究中心李洪等人開展了基于GPS、GPRS和GIS的農(nóng)機(jī)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)為遠(yuǎn)距離快速采集農(nóng)機(jī)信息、農(nóng)機(jī)資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效調(diào)度提供了一種切實(shí)可行的解決方案。2009年華南農(nóng)業(yè)大學(xué)羅錫文、張智剛等設(shè)計(jì)東方紅X-804機(jī)車的DGPS自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng)，針對(duì)東方紅X-804機(jī)車在特定工況下，所提出的跨行地頭轉(zhuǎn)向控制方法對(duì)試驗(yàn)機(jī)車具有良好的適用性。2010年山東理工大學(xué)李進(jìn)鵬和楊自棟設(shè)計(jì)了一套8行精密播種機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用液晶觸摸屏作為人機(jī)界面,實(shí)現(xiàn)了直接地顯示8行播種工況的功能。2004-2012年，浙江大學(xué)何勇等進(jìn)行了基于網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備管理信息系統(tǒng)的研究，開發(fā)了農(nóng)機(jī)性能綜合檢測(cè)儀

14、，該儀器能夠完成快速測(cè)定農(nóng)機(jī)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用16。目前，對(duì)機(jī)車的作業(yè)研究主要集中于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、液壓懸掛、制動(dòng)、導(dǎo)航研究等幾個(gè)方面，相對(duì)于作業(yè)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及本機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)研究較少，對(duì)于CAN總線運(yùn)用到農(nóng)機(jī)中的研究也是較少的。系統(tǒng)將農(nóng)機(jī)工況信息傳輸技術(shù)與裝備研制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)作業(yè)參數(shù)的本地及遠(yuǎn)程監(jiān)控是本系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容。1.3 研究的主要內(nèi)容本課題的主要任務(wù)是基于CAN總線的田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立。著重突出以下幾方面的研究：第一章，分析了國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，闡述了本論文的目的和意義，并提出了本研究的主要內(nèi)容第二章，詳細(xì)的介紹了基于CAN總線的田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)

15、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)，包括CAN總線的概述和協(xié)議，GPS接收器概述，各類傳感器、單片機(jī)信息和GPRS發(fā)送等。第三章，設(shè)計(jì)硬件，包括傳感器模塊，GPS模塊和GPRS模塊，顯示屏模塊和CAN控制器模塊信息采集端包括GPS（Global Positioning System）接收模塊、浮子傳感器，溫度傳感器等，將這些模塊按照設(shè)計(jì)順序依次連接進(jìn)行測(cè)試。第四章，進(jìn)行軟件編程，軟件編程部分是本論文的重點(diǎn)和難點(diǎn)。要進(jìn)一步了解CAN總線的協(xié)議，并對(duì)2個(gè)單片機(jī)分開進(jìn)行編程，必須要深入了解軟件的開發(fā)平臺(tái)。第五章，將軟件和硬件合二為一，進(jìn)行整體調(diào)試，針對(duì)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，最終解決問題。最后對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)和

16、展望，分析本系統(tǒng)的缺點(diǎn)和不足，并對(duì)未來(lái)要做的工作提出意見和方向。第二章系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)農(nóng)田機(jī)車上的設(shè)備多而且復(fù)雜，將設(shè)備劃分不同模塊可以為以后拓展提供方便，現(xiàn)在流行的現(xiàn)場(chǎng)總線主要包括LonWorks、PROFIBUS和CAN幾種，通過比較可以發(fā)現(xiàn)，CAN總線是具有通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、且性價(jià)比高等諸多特點(diǎn)，是一種已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，而且CAN還能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行仲裁，確定優(yōu)先傳輸，這些也是CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，具有強(qiáng)勁的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要原因。本論文將重點(diǎn)介紹GPS模塊、CAN控制器模塊、顯示屏模塊和GPRS模塊，系統(tǒng)由信息采集端、數(shù)據(jù)發(fā)送端和數(shù)據(jù)接收端組成。信息采集端對(duì)GPS接收器和溫度

17、傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和處理，利用CAN總線傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)發(fā)送端。數(shù)據(jù)發(fā)送端對(duì)信息采集端上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和打包后，通過GPRS無(wú)線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。上位機(jī)可以實(shí)時(shí)的對(duì)機(jī)車運(yùn)行信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)和存儲(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)田間作業(yè)機(jī)車精準(zhǔn)作業(yè)提供了依據(jù)。本系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)象是田間作業(yè)機(jī)車，由于田間機(jī)車的設(shè)備相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，同時(shí)還要考慮到實(shí)時(shí)性、操作的難易程度，但對(duì)數(shù)據(jù)接收端不進(jìn)行過多的討論。圖2.1 系統(tǒng)框圖Fig2.1 Block diagram of system 如圖2.1所示，在田間作業(yè)機(jī)車工況監(jiān)控系統(tǒng)中，由GPS模塊接收衛(wèi)星信號(hào)，溫度傳感器采集油箱溫度信息，單片機(jī)通過CAN總線獲得傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)接

18、收到的數(shù)據(jù)解析和處理后進(jìn)行顯示，GPRS無(wú)線通信將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，使得機(jī)車運(yùn)行信息實(shí)時(shí)顯示，自動(dòng)跟蹤，傳輸數(shù)據(jù)等。2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。它是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，是自動(dòng)化領(lǐng)域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。下面介紹幾種流行的現(xiàn)場(chǎng)總線并且將CAN總線與RS-489進(jìn)行對(duì)比如表2.1.1、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FoundationFieldbus 簡(jiǎn)稱FF）是世界范圍內(nèi)的二百三十家公司在1994年9月將ISP協(xié)議和WorldFIP協(xié)議合并的，主要涉及領(lǐng)域是過程自動(dòng)化領(lǐng)域。FF以ISO/OSI開放系

19、統(tǒng)層上增加了用戶層,通信標(biāo)準(zhǔn)有低速H1和高速H2兩種，物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼徹斯特編碼。這些都使得FF在過程自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景。2、LonWorksLonWorks總線采用神經(jīng)元芯片為核心技術(shù)設(shè)計(jì)基本節(jié)點(diǎn)，LonTalk通信協(xié)議支持七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，LonTalk的規(guī)范和設(shè)計(jì)資料不公開，決定了它不是一個(gè)開放的總線系統(tǒng)，并且LonTalk硬件成本相對(duì)較高。國(guó)內(nèi)的LonWorks總線應(yīng)用普遍集中于早先的智能樓宇領(lǐng)域，支持低速率。多介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)通信，它的另一個(gè)重要特點(diǎn)就是它的互操作性。3、WorldFIPWorldFIP（World Factory Instrument Pr

20、otocol）用于自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線，提供現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制器以及控制器之間的數(shù)字化連接。它是一部完整的規(guī)范，是現(xiàn)場(chǎng)總線歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170第三部分和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的第七部分。WorldFIP非常適合于對(duì)于傳輸時(shí)間具有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合，同時(shí)也使得某些突發(fā)數(shù)據(jù)能夠盡快在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。4、PROFIBUSPROFIBUS（Process Field Bus）是一種國(guó)際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。它的傳送速度在9.6kbaud12Mbaud之間，Profibus的重要優(yōu)點(diǎn)是具有穩(wěn)定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)EN50170

21、作保證，并且具有普遍性。它具有ProfibusDP、ProfibusPA和ProfibusFMS三個(gè)子集。表2.1 RS-485與CAN總線的特性對(duì)比特性RS-485CAN總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳輸介質(zhì)硬件成本總線利用率網(wǎng)絡(luò)特性數(shù)據(jù)傳輸率容錯(cuò)機(jī)制通訊失敗率節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤影響通信距離網(wǎng)絡(luò)調(diào)試開發(fā)難度后期維護(hù)成本直線拓?fù)潆p絞線很低低單主結(jié)構(gòu)低無(wú)很高故障節(jié)點(diǎn)有可能導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓<1.2Km容易容易較高直線拓?fù)潆p絞線每個(gè)節(jié)點(diǎn)大概20元高多主結(jié)構(gòu)最高可達(dá)1Mbps有硬件完成錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制極低故障節(jié)點(diǎn)有可能導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)影響可達(dá)10Km需要一定技術(shù)基礎(chǔ)需要一定技術(shù)支持很低2.1.1 CAN總線概述CAN(Co

22、ntroller Area Network)是控制器局域網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱，是以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開發(fā)的，它一開始適用于汽車中，但最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898），現(xiàn)在是國(guó)際上應(yīng)用最廣的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。近年來(lái)CAN總線也開始走進(jìn)中國(guó)的市場(chǎng)，并于2002年被正式確定為電力通訊領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而被大家逐漸重視。如今的CAN總線被廣泛的運(yùn)用樓宇智能化、汽車制造和工業(yè)自動(dòng)化當(dāng)中。它的優(yōu)點(diǎn)包括故障節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)關(guān)閉，不影響其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；可以支持硬件節(jié)點(diǎn)的即插即用，可靠性高；采用芯片硬件ID方式管理網(wǎng)絡(luò)，故障節(jié)點(diǎn)界定十分方便，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本低。ZLG提供了一系列開發(fā)CAN總線網(wǎng)絡(luò)的硬件、軟

23、件資源，設(shè)計(jì)工作的難度也降低很多。CAN總線無(wú)需專門的調(diào)度，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多及全局廣播等多種方式的數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)軟件運(yùn)行負(fù)擔(dān)。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10km時(shí)，CAN仍可提供高達(dá)5kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于CAN總線具有很高的實(shí)時(shí)性能和應(yīng)用范圍，從位速率最高可達(dá)1Mbps的高速網(wǎng)絡(luò)到低成本多線路的5Kbps網(wǎng)絡(luò)都可以任意搭配。CAN總線位速率與最大距離關(guān)系如表2.2。表2.2 位速率與最大距離關(guān)系位速率/kbps10005002501251005020105最大距離/m4013027053062013003300670010000CAN總線的工作原理是CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的

24、報(bào)文格式發(fā)出去，這時(shí)網(wǎng)上的其它節(jié)點(diǎn)均處于接收狀態(tài)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到了報(bào)文后馬上進(jìn)行檢測(cè)，判斷是否是發(fā)給自己來(lái)決定是否接收它。2.1.2 CAN總線協(xié)議CAN的協(xié)議是規(guī)定CAN各節(jié)點(diǎn)之間如何才能實(shí)現(xiàn)完整通信的協(xié)議規(guī)范。協(xié)議分為三層，包括數(shù)據(jù)鏈路層DLL、物理層PL和應(yīng)用層。應(yīng)用層可以明確CAN消息幀的11位標(biāo)識(shí)符和8字節(jié)數(shù)據(jù)如何使用，CAN協(xié)議之對(duì)物理層和數(shù)據(jù)層做了描述和規(guī)定，但是對(duì)應(yīng)用層則沒有說(shuō)明。CAN總線協(xié)議時(shí)建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)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，層層之間是相互獨(dú)立而又透明的，如圖2.2。應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層（LLC）驗(yàn)收濾波過濾通知恢復(fù)管

25、理媒體訪問控制子層（MAC）數(shù)據(jù)包裝/解碼幀編碼（填充，消除填充）介質(zhì)訪問管理錯(cuò)誤標(biāo)志應(yīng)答并行轉(zhuǎn)換串行串行轉(zhuǎn)換并行物理層 位編碼/解碼 位定時(shí)同步驅(qū)動(dòng)器/接收器特性圖2.2 CAN總線層結(jié)構(gòu)物理層是由物理介質(zhì)連接、物理信號(hào)層、介質(zhì)相關(guān)接口組成。規(guī)定了通訊時(shí)統(tǒng)一的規(guī)格，來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的信號(hào)傳遞。也定義了信號(hào)的發(fā)送方式、位定時(shí)、位編/解碼和同步技術(shù)的步驟。但是沒有規(guī)定驅(qū)動(dòng)器接收器的特性。物理介質(zhì)連接是實(shí)現(xiàn)接收/發(fā)送功能和提出檢測(cè)故障方法，物理信號(hào)層是依據(jù)“不歸零”方法對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)位定時(shí)、位編/解碼和同步的功能。介質(zhì)相關(guān)是實(shí)現(xiàn)介質(zhì)與媒體訪問之間的接口。數(shù)據(jù)鏈路層是將物理層收到的有意義的信號(hào)組成由使用價(jià)值的

26、數(shù)據(jù)。其中MAC層作為重要，是CAN協(xié)議的核心，因?yàn)樗B接了LLC子層和物理層，主要負(fù)責(zé)執(zhí)行優(yōu)先仲裁、傳遞規(guī)則、出錯(cuò)檢查和故障鑒定等，同時(shí)也受到“故障界定”的管理和監(jiān)督，故障界定提供一種特殊的自檢機(jī)制，能夠區(qū)分出永久錯(cuò)誤和短暫的干擾，提高的CAN總線的使用價(jià)值。2.1.3CAN的幀結(jié)構(gòu)幀將數(shù)據(jù)由發(fā)送器傳入接收器，在CAN總線的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在接收/發(fā)送時(shí)，幀有四種不同類型。MAC數(shù)據(jù)幀包括應(yīng)答（ACK）場(chǎng)、幀結(jié)束（End of Frame）、循環(huán)冗余碼（CRC）場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、幀起始（Start of Frame）控制場(chǎng)和仲裁場(chǎng)七個(gè)不同位場(chǎng)，如圖2.3所示。幀起始標(biāo)識(shí)符RTR數(shù)據(jù)場(chǎng)控制場(chǎng)CRC場(chǎng)AC

27、K場(chǎng)幀結(jié)束圖2.3MAC數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)1、 ACK場(chǎng)：ACK場(chǎng)包括ACK隙和ACK界定符，ACK隙和ACK界定符都是“隱性”位。ACK隙的可以將所有正確接收到該數(shù)據(jù)幀的節(jié)點(diǎn)，以“顯性”位改成“隱性”位作為應(yīng)答方式。2、 幀結(jié)束（End of Frame）：當(dāng)每個(gè)MAC幀均有7個(gè)“隱性”位構(gòu)成時(shí)標(biāo)志幀結(jié)束。3、 CRC場(chǎng)：有CRC序列和CRC界定符組成。4、 數(shù)據(jù)場(chǎng)：由08個(gè)字節(jié)組成。5、 幀起始（SOF）：標(biāo)志著幀的開始，由單個(gè)“顯性”位構(gòu)成，所以節(jié)點(diǎn)需同步于SOF的上升沿。 6、 控制場(chǎng)：由2位用于未來(lái)DLC擴(kuò)展的保留位和4位數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度編碼（DLC）組成。7、 仲裁場(chǎng)：包括LLC子層傳來(lái)的11位

28、標(biāo)識(shí)符和RTR（Remote Tranimission Request）位，在MAC數(shù)據(jù)幀中，RTR數(shù)值為“0”。2.1.4 SJA1000本系統(tǒng)采用PHILIPS公司生產(chǎn)的SJA1000，它是一款獨(dú)立的CAN控制器，主要適用于工業(yè)生產(chǎn)中，SJA1000是由發(fā)送緩沖區(qū)、CAN核心模塊、接口管理邏輯、接口FIFO和驗(yàn)收濾波器組成的。SJA可以完成CAN總線的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的所有任務(wù)。SJA1000和它的前一款PCA82CA00控制器在軟件和引腳上是兼容的，并且增加了BasicCAN模式和PeliCAN模式，并且SJA1000也全面的支持CAN2.0B協(xié)議2.2 全球定位系統(tǒng)由于田間作業(yè)面積較

29、大，容易一時(shí)難以尋找作業(yè)機(jī)車，這樣將會(huì)與機(jī)車短暫失聯(lián)，如果遇到故障，這將會(huì)十分危險(xiǎn)。在基于CAN總線的田間作業(yè)機(jī)車工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，將會(huì)利用GPS接收器接收到田間作業(yè)機(jī)車的位置信息，包括經(jīng)度、緯度和接收時(shí)的衛(wèi)星數(shù)目，以便準(zhǔn)確掌握機(jī)車的位置，提高設(shè)備的工作效率。GPS是全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）的簡(jiǎn)稱，它是由24顆覆蓋全球的衛(wèi)星所組成的衛(wèi)星系統(tǒng)，它可以保證在任何時(shí)刻，在地球上的任意地點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到至少4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以提供所在地點(diǎn)的經(jīng)度緯度等信息，比便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位和調(diào)度等功能，具有良好的抗干擾性和保密性。現(xiàn)在GPS已廣泛使用到軍事，地理，交通

30、，通信等多個(gè)領(lǐng)域，以便達(dá)到時(shí)刻掌握目標(biāo)位置的目的。它的基本特點(diǎn)是以高精度的原子鐘為核心，以“多星、高頻、高軌、測(cè)量-測(cè)距”為體制，具有高精度的三維定位，可以提供準(zhǔn)確位置、速度和時(shí)間信息，無(wú)論你身在何方，只需1秒即可定位，這對(duì)用戶尤為重要，它還可以同時(shí)容納多為用戶，具有較強(qiáng)的隱蔽性，抗干擾性和安全性，它的精確度可以達(dá)到厘米級(jí)，準(zhǔn)確率非常高。2.2.1 GPS模塊概述目前大多數(shù)的GPS模塊的芯片是采用全球占有率第一的SiRFIII系列為主，GPS模塊是由RF射頻芯片、基帶芯片和核心CPU，相關(guān)外圍電路組成的集成電路。由于每個(gè)芯片的價(jià)格不同，GPS模塊的價(jià)格也有差別，采用SIRF三代芯片組的GPS模

31、塊價(jià)格要比采用MTK和MSTAR的貴很多。GPS模塊一般有2個(gè)波段L1和L2，每個(gè)衛(wèi)星都要在2個(gè)載波上發(fā)送2個(gè)直接序列擴(kuò)頻信號(hào)。GPS模塊高性能的指標(biāo)主要有靈敏度準(zhǔn)確、定位時(shí)間精確、功耗小、位置準(zhǔn)等。GPS定位模塊稱為用戶部分，它像“收音機(jī)”一樣接收、解調(diào)衛(wèi)星的廣播C/A碼信號(hào)，中以頻率為1575.42MHz。GPS模塊并不播發(fā)信號(hào)，屬于被動(dòng)定位。通過運(yùn)算與每個(gè)衛(wèi)星的偽距離，采用距離交會(huì)法求出接收機(jī)的得出經(jīng)度、緯度、高度和時(shí)間修正量這四個(gè)參數(shù)，特點(diǎn)是點(diǎn)位速度快，但誤差大。初次定位的模塊至少需要4顆衛(wèi)星參與計(jì)算，稱為3D定位，3顆衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)2D定位，但精度不佳。GPS模塊通過串行通信口不斷輸出

32、NMEA格式的定位信息及輔助信息，供接收者選擇應(yīng)用?，F(xiàn)在常用的GPS模塊有一下幾種：1、G-MOUSEG-Mouse是一種衛(wèi)星接收器，主要應(yīng)用于可以安裝匹配的管理軟件的某些特定的操作系統(tǒng)，它的接口主要是USB接口，串口（DB9接口），PS/2，S端子，航空接頭等，并采用最先進(jìn)的衛(wèi)星接收核心,具有全方位功能，能滿足工業(yè)級(jí)定位的嚴(yán)格要求與個(gè)人使用需要2、GSTARGSTAR模塊性能指標(biāo)主要有接收靈敏度、定位時(shí)間、位置精度、功耗、時(shí)間精度等。不同的GstarGPS模塊有一定的性能差異，在各項(xiàng)參數(shù)上都有差別。GstarGPS模塊的定位精度取決于很多方面，比如來(lái)自于GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘差及軌道差、可見Gs

33、tarGPS衛(wèi)星數(shù)量及幾何分布、太陽(yáng)輻射、大氣層、多徑效應(yīng)等。另外，同一個(gè)GstarGPS模塊，還會(huì)因?yàn)樘炀€及饋線質(zhì)量、天線位置和方向、測(cè)試時(shí)間段、開放天空范圍及方向、天氣、PCB設(shè)計(jì)等原因產(chǎn)生不同的定位誤差。3、FASTRAXFASTRAX專門提供高性能GPS接收器、GPS軟件解決方案和跟蹤系統(tǒng)。它是選用SiGe半導(dǎo)體的SE4120產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)其軟件GPS方案的，產(chǎn)品組合將GPS射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字、中頻信號(hào)，提高了靈敏度，目標(biāo)平臺(tái)主要包括個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、產(chǎn)移動(dòng)PC、智能電話等。2.2.2 NEO-6M-0-001模塊NEO-6M-0-001采用U-blox芯片，模塊體積16mm*

34、12.2mm*2.4mm，也就是說(shuō)模塊的體積不如一個(gè)一角錢硬幣大，體積非常小。冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)首次定位時(shí)間都小于1秒，冷啟動(dòng)就是切斷電源，重新啟動(dòng)機(jī)器，但是內(nèi)存全都丟失，重新掃描電腦硬件，比如按機(jī)箱上的POWER鍵就是冷啟動(dòng)。熱啟動(dòng)相對(duì)于冷啟動(dòng)是在計(jì)算機(jī)不切斷電源情況下的程序啟動(dòng)。-162DBM(功率絕對(duì)值)的Supersense捕獲和跟蹤靈敏度，5Hz位更新頻率，運(yùn)行和存儲(chǔ)溫度在-40和+85，說(shuō)明在惡劣天氣下也可以正常使用，價(jià)格在五十元左右，性價(jià)比很高。2.3傳感器概述傳感器（Transducer Sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信

35、號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。人的感知器官有眼耳口鼻，五官可以通過味覺、嗅覺、聽覺和視覺使人感知周圍的變化。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類. 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛

36、的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。在本設(shè)計(jì)中，我們采用的是浮子傳感器和溫度傳感器。2.3.1 DS18B20本文采用DS18B20溫度傳感器，它是常見的溫度傳感器，具有體積輕巧、使用方便、耐冷耐熱、抗干擾能力強(qiáng)和性價(jià)比高等特點(diǎn)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括四部分：溫度傳感器、64位光刻ROM 、報(bào)警觸發(fā)器、配置寄存器。它接線方

37、便、封裝后可以適用于狹小的設(shè)備中，包括鍋爐測(cè)溫、冷凍庫(kù)測(cè)溫、機(jī)房測(cè)溫、農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫和糧庫(kù)測(cè)溫等普通溫度場(chǎng)。DS18B20獨(dú)特的單線接口方式使得僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器的雙向通訊，它的測(cè)溫范圍在-55+125之間，測(cè)溫誤差1，精確度很高。支持多點(diǎn)組網(wǎng)，數(shù)個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，但最多只能連接8個(gè)，在使用中不需要添加任何外圍元件。DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s 減為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)

38、送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì) 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重 新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測(cè)溫度。圖3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。2.3.22.4 單片機(jī)單片機(jī)因其主要的組成部分集中在一塊芯片上而取名單片機(jī)，它包括中

39、央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、只讀存儲(chǔ)器（ROM）以及I/O接口電路等，他雖然只是一個(gè)芯片，但在結(jié)構(gòu)功能上，它具有和計(jì)算機(jī)一樣的屬性，所以也可以稱它是單片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)。典型的單片機(jī)有ATMEL產(chǎn)AT89C51、Philips產(chǎn)P89C51RD2、Motorola產(chǎn)68HC05、Intel產(chǎn)MCS-51系列。單片機(jī)應(yīng)用非常廣泛，包括機(jī)電一體化、智能儀表、家用電器、分布式多機(jī)系統(tǒng)中。它的語(yǔ)言有三中，包括機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。單片機(jī)的原理是自動(dòng)自覺地進(jìn)行控制和運(yùn)算，把實(shí)現(xiàn)計(jì)算和控制的步驟一步步地用指令的形式，即一條條指令（Instruction）預(yù)先存入到存貯器中，單片機(jī)在CPU的控制下，將指令一條條地取出來(lái)，并加以翻譯和執(zhí)行，最后達(dá)到編程者的目的。目前按單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，把它們分為4位、8位、16位及32位單片機(jī)。單片機(jī)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了它具有高集成度、高可靠性、控制功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高、低電壓和低功耗特點(diǎn)。2.4.1 STC12C5A60S2在眾多的51系列單片機(jī)中，要算國(guó)內(nèi)STC公司的1T增強(qiáng)系列更具有競(jìng)爭(zhēng)力， STC12C5A60S2單片機(jī)