基于CAN总线的分布式车间温湿度检测系统

摘要 阐述了一种基于CAN总线温湿度检测系统的方法，重点介绍了通信与温湿度检测部分的实现。该系统以PIC18F25K80单片机为主控器，选用集成温度传感器与湿度传感器。高集成度的元器件使得项目开发周期大大缩短，经试运行证实，该系统具有性能稳定、通信距离远的优势。
关键词 CAN总线；PIC18225K80；温湿度检测

许多行业如纺织、卷烟、化工、食品加工等对生产车间的温湿度都有一定的要求，其中有些企业往往需要一种能够独立于空调控制系统的车间温湿度检测系统。这种车间温湿度检测系统作为空调控制的一种冗余设计或者说辅助手段，成本往往相对较低。
温湿度检测系统作为一种应用广泛的非标准化检测系统，不同的设计者、不同的应用需求，使得目前此类检测系统的设计方案呈现出种类各异、五花八门的现象。文献介绍了一种应用于蔬菜大棚的温湿度测控系统的设计，以P87LPC76x单片机作为主控器，能利用PID算法，通过控制执行器加热、加湿起到调节蔬菜大棚温湿度的目的，该系统现已广泛应用于吉林松原农村蔬菜大棚，运行良好。文献介绍了一种能应用于多种工业场合的温湿度检测系统的设计，该系统基于AT89C52单片机开发，能将传感器采集到的温湿度信号通过RS485网络传送至上位计算机，该系统简单实用，具有良好的性价比。文献介绍了一种应用于检测安装有中央空调的建筑物的内部环境温湿度的数据采集器的设计，该检澍装置独立于中央空调而工作，为评价中央空调运行质量、调试空调系统提供基础数据。该系统基于16位单片机MSP430F开发，与PC机实时通信，能通过PC机设置数据采集器参数，并控制数据采集器工作。

1 系统设计
系统自主设计了两种模块电路：(1)检测模块。每一块检测模块将被安装于车间不同的地点，用于检测车间内不同位置的温湿度，系统最多支持64个检测模块同时工作。(2)通信模块。监视计算机与各检测模块之间的通信“桥梁”，一个通信模块含有4路通信通道，每1路通信通道可连接至1个计算机COM口，实现监视计算机对检测模块的分组轮询。
检测模块与通信模块之间通过CAN总线通信。CAN(Controller Area Network)总线于1986年由德国BOSCH公司提出，是一种多主方式的串行通讯总线，最早用于汽车电路中，经过数十年的发展日趋完善，目前被广泛应用于汽车、石油、化工、制造业等许多领域，被誉为“最有前途的总线技术之一”。选择CAN总线，是因为CAN总线相比传统的RS485总线优势明显，主要体现在以下3点：(1)传统的RS485总线仅有电气协议，而CAN总线则具有完善的通信协议，易于开发。(2)传统的RS485总线通信距离不超过1．5 km，而CAN总线的通信距离在5 kbit·s-1速率时最远可达10 km。(3)传统的RS485总线当系统有错误出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路从而损坏某些节点，而CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能，不会影响到整个CAN总线。
在本系统中，通信模块与COM口的串行通信速率成为整个系统的通信瓶颈，但仍然考虑使用计算机COM口采集数据而非专业接口卡，主要是出于对成本的考虑。为缓解系统瓶颈的考虑，计算机安装了PCI转RS-232串口扩展卡(SYBA 9865-4S)，将计算机串口扩充为4个，同时通信模块设计了4个通信通道，平均每个通信通道能与最多16个检测模块进行分组通信，以加快数据更新速率。

由于通信模块与计算机COM口采用RS232通信方式，理论上RS232通信距离为15 m，因此通信模块与计算机之间必须保持在15 m以下，实际安装1．5 m以内，通信速率可保证在38．4 kbit·s-1下稳定通信。

2 上位机监视计算机程序的设计
计算机监视程序采用C#2010开发控制台程序，Access2010开发后台数据库。程序主要具有如下功能：(1)管理员与技术员二级用户权限。(2)温湿度警报上下限设定。(3)温湿度历史数据记录。(4)温湿度报表打印。
这里主要介绍监视程序通信部分的程序设计思路：
(1)监视程序可打开4个计算机COM口，根据设定的每个COM口轮询的检测模块编号范匿向连接的COM口发送数据串并激活通信模块轮询各个检测模块，发送的数据串长度为5 Byte，如图2所示，格式为：第1 Byte为“读数据”命令字段，第2 Byte为与连接到COM口的通信通道所连接的第1个检测模块的站号，第3 Byte为与该通道所连接的最后1个检测模块的站号，第4个和第5 Byte为CRC校验码。

(2)通信模块的每个通道主控器轮询一遍所有与之相连接的检测模块之后，便主动向计算机返回一次数据，刷新监视程序显示的温湿度数据，某通信通道返回的数据串长度由连接到该通信通道的检测模块数目而决定，当检测模块数目为n时，如图3所示，格式为：第1 Byte为“读数据”命令字段，监视计算机通过第1 Byte可辨识此数据串为下位机返回数据，第2个到第3n+1 Byte为与该通信通道连接的所有检测模块返回的温湿度数据，连续3 Byte为一组，记录了单个检测模块的返回数据，第3n+2个和第3n+3 Byte为CRC校验码。