论文总字数：24477字

摘 要

本文设计了一套基于CAN总线的现场多点温度采集与数据传输系统。

现场节点硬件以STC89c52RC单片机为核心，外扩了显示电路和CAN通信模块，各现场节点温度数据通过CAN总线传送给监控该区域的无线节点，由无线信道传送给无线主节点，再由串口传送给上位机。无线收发使用的是nRF24LE1射频芯片。上位机使用的是普通的PC。

采用模块化的软件设计方法完成了各节点模块的功能，实现了基本的双向通信。上位机发送命令帧传到现场，相应的节点收到命令后向上位机发送节点温度数据，发送一定次数后停止，并向上位机发送停止帧，沿路各节点收到停止帧后初始化等待下一次上位机的节点温度数据请求。实现的功能基本满足了本课题要求。

关键词：CAN总线 温度采集 nRF24LE1 上位机

The Experimental Equipment Design of Multi-point

Temperature Wireless Transmission

Abstract

In this thesis, a muti-point temperature collection and transmission system based on CAN BUS was designed.

The hardware design of field nodes uses STC89C52RC as its core, extending display circuit and CAN BUS communication module. Field nodes send temperature data to wireless node which monitors the area through CAN BUS. Then the wireless node sends data to wireless host node through the wireless channel. Finally, the wireless host node sends data to upper computer through serial port. The nRF24LE1 is used for wireless transmission. The upper computer is just a normal PC.

Each node is completed with the modularized software design method. The basic two-way communication works. The upper computer sends the command to field. The corresponding field node sends temperature data to upper computer after receiving the command. After a while, the field node sends the stop frame to upper computer. All of the nodes above begin to initialize to wait for another data request from the upper computer after receiving the stop frame.

KEY WORDS: CAN BUS, temperature collection, nRF24LE1, upper computer

目录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2现场总线的特点 1

1.3现场总线的发展前景 1

1.4 本文的主要研究内容 2

第二章 CAN总线特点与规范 3

2.1 CAN总线特点 3

2.2 CAN总线传输介质 4

2.3 CAN总线的报文传输 5

2.4 CAN总线仲裁 9

2.5报文滤波与校验 10

第三章 总体设计 11

3.1总体结构 11

3.2 现场节点1~N 14

3.2.1 DS18B20温度传感器简要介绍 14

3.2.2 CAN控制器SJA1000简要介绍 16

3.2.3现场节点电路 19

3.2.4现场节点软件 21

3.3 CAN主节点 26

3.3.1 CAN主节点电路 26

3.3.2 CAN主节点软件 27

3.4无线从节点 29

3.4.1 nRF24LE1简要介绍 29

3.4.2无线从节点软件 33

3.5无线主节点软件 35

3.6上位机软件 35

第四章 结论 37

参考文献（References） 39

致谢 41

第一章 绪论

1.1引言

计算机领域的数据传输在很长一段时间内都被RS232等通信标准主导，但是其存在着诸如通信速率较低，只能点对点传输等缺点。而且在复杂的系统应用中需要使用大量的传感器、控制器等，分布范围通常还会非常广，这种情况下如果在底层使用传统拓扑结构，成本将会非常高。所以随着工业控制系统越来越复杂，在底层就需要一套成本相对较低且能适应工业现场环境的系统。现场总线孕育而生。

1.2现场总线的特点

现场总线控制系统是一种开放式的底层控制网络。现场的测控节点通过它与同层设备及上位机实现了双向的串行通信。相比较于DCS（集散控制系统）等传统系统，现场总线系统（FCS）有如下一些特点[1]：

1. 现场通信网络：现场总线将总线电缆延伸到了工业现场或者就直接将总线电缆装在了工业现场，有着很好的实时性
2. 数字通信网络：现场节点间，中/上层的控制器等设备之间的信息传递使用的都是数字信号。而传统DCS信号的传输靠的是点到点的模拟信号
3. 开放互连系统：现场总线标准公开，所有厂商都必须遵守这些标准，因而不同厂商的现场设备可以互相连接，可以交互信息；这种互连还体现在无论是不是同层网络，都可以互相连接，网络资源可以得到共享。
4. 现场总线从根本上改变了DCS的模式，将控制高度分散到了现场

1.3现场总线的发展前景

现在世界上有很多种现场总线，如基金会现场总线（FF），Echelon公司的Lonworks, 德国BOSCH公司的CAN总线,美国的 DeviceNet等等。它们如今被广泛应用于自动化控制，交通运输，加工制造，楼宇自动化等领域。我国政府也已经开始关注这项技术的发展，投资支持现场总线的开发，到如今也取得了一些成果，但是总体来说，产品还不成熟，资金人才力量不足，自主开发能力不足，仍需要政府和企业作出更多的投入，一方面积极寻求外国公司的帮助，毕竟他们掌握着关键的技术，他们在这方面的实力超出我们很多，另一方面一定要加强现场总线的自主开发，努力推动现场总线在我国的发展与应用。

1.4 本文的主要研究内容

现在也是有着几种主流的现场总线，现场总线的选择也是一个基本的问题。每种总线都有其产生的背景，也就有其最适用的领域，比如基金会现场总线（FF）适用于石化、冶金等工业控制领域；Lonworks适用于楼宇自动化，办公设备等；DeviceNet适用于加工制造业等；CAN总线最适合汽车系统监控。现场总线的取舍就是要根据系统的需求去选择最合适的。本系统选择了CAN总线作为现场节点的通信标准。针对本系统，相比于其他几种总线标准，CAN总线的主要优点如下：

1. 短报文结构：短报文结构满足了现场温度传输实时性的要求，又不容易受到干扰，很大地提高了效率和可靠性
2. 总线仲裁：当总线上数据的传送发生矛盾时，能保证优先级高的报文率先传送，提高了系统的可靠性
3. 多主工作方式：方便了节点温度信息的交互，使得配置更加灵活
4. 强大的错误处理能力

本文的主要研究内容就是设计一个基于CAN总线的温度采集与数据传输系统，最后通过无线传送给上位机。具体完成了以下工作:

1. 自己焊制了单片机最小系统及外围显示电路，完成了整个系统的硬件连接
2. 使用c语言编写了CAN从节点，CAN主节点，无线从节点，无线主节点的通信程序，使用c#编写了上位机程序，实现了各节点与上位机间的双向通信。

第二章 CAN总线特点与规范

CAN（Controller Area Network）是当今主流现场总线之一，是一种高可靠性、高实时性、低成本的通信总线。

CAN源于德国BOSCH公司为监控汽车设备而设计的通信总线[2]。它的高可靠性、高实时性、低成本的特点使得它迅速被推广应用于自动化控制、交通运输、医疗设备以及楼宇自动化等领域。

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