基于89C51单片机和CAN总线的供热温度控制器的设计研究

建设部要求城镇新建公共建筑和居民建筑，凡使用集中供热设施的，均需设计、安装具有分户计量及室温调控功能的供暖系统。节能型供热温度控制器是利用自动控制技术，将节能措施与热计量功能融为一体，从以人为本的角度提出的一种新型节能理念和方法，使集中供暖用户既可通过控制器设定、调整并与配套设备共同完成对室内温度的自动控制和远程控制，又可随时了解室内温度、热消耗量，达到节约能源的目的。

1 系统总体结构及方案设计

一个完整的大型公建节能型供热温度控制器由两部分组成：温度测控系统和通信模块系统。系统总体结构如图1所示。系统温度测控的硬件包括：单片机、温度传感器、信号放大器、A/D转换器及D/A转换器、稳压器、显示驱动芯片和数码管等。系统通信模块的硬件包括CAN控制器和CAN收发器。

1.1 温度控制的工作原理

在温度测控系统中，稳压器完成对单片机的供电，数码管完成温度的显示。系统的被测参数是温度，被测温度首先由传感器测量后得到mV信号，再经放大器放大后变为0~5 V电压信号，送入A/D转换器转换后，将模拟信号变为数字信号供给单片机，在单片机内进行数据处理。一方面，与所设定的温度值进行比较产生偏差信号，单片机根据预定的PID算法计算出相应的控制量，用控制量控制电气阀的导通和关断，实现温度控制;另一方面，将实时测量得到的温度送至数码管显示，同时用户也可通过键盘来设定理想温度。

1.2 CAN通信模块的工作原理

当CAN总线上的一个节点发送数据时，其以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点而言，无论数据是否是发给自己的，均对其进行接收。每组报文开头有11位字符作为标识符，其规定了报文的优先级，这种格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置尤为重要。当一个站要向其他站发送数据时，该站的CPU要将发送的数据和自身的标识符传送给本站的CAN控制器，并处于准备状态;当收到总线分配时，转为发送报文状态。CAN控制器将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，此时网上的其他站点处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断是否接收这些报文。通常每个CAN模块都是南不同的功能单元构成。CAN控制器与物理总线间需要一个接口CAN接收发送器，CAN接收发送器将来自CAN控制器的逻辑电平信号转换为总线上的物理电平。再将总线上的物理电平转换为CAN控制器能接收的逻辑电平信号。CAN接收发送器的上一层是CAN控制器，该控制器执行完整的CAN协议，包括信息缓冲和接收滤波。

2 各部分模块设计

2.1 主要芯片选择

系统单片机采用8位AT89C51,因控制器所需的单片机，无需在语音、图像进行大规模的数据处理，且对速度要求较低，无需高位单片机。温度传感器该产品采用美国Dallas公司生产的DS18B20数字式温度传感器。选用此类温度传感器可省去信号放大部分及A/D转换器，使得该温度控制器结构变得简单、清晰。稳压器采用三端LM7805供给单片机电源。LM7805为正稳压电路，TO-220封装，可提供多种固定的输出电压，应用范围广。D/A转换器选择DAC0832.其是8分辨率的D/A转换集成芯片与微处理器完全兼容。显示芯片采用PS7219,是一种新型的串行接口的8位数字静态显示芯片，可与任何单片机方便接口，并可同时驱动8位LED.

2.2 单片机温度采集电路

温控系统包括单片机最小系统和测温传感器。单片机最小系统中，复位电路采用12 MHz晶振，复位电路由复位按钮控制，同时提供单片机AT89C51、CAN控制器SJA1000和显示接口器件PS7219的复位信号。单片机温度采集电路如图2所示，从RST引出线，分别与各芯片的复位信号线相连采用上电复位模式。

2.3 数模转换电路

对输出信号进行数模转换中，DAC0832采用单缓冲工作方式。DAC0832的两级寄存器的写信号WR1和WR2均由单片机的WR引脚控制。当单片机的地址线选择DAC0832后，只要输出WR控制信号，便可同时完成数字阳的输入锁存和D/A转换输出。由于DAC0832是电流输出型，所以为了得到电压信号，需在DAC0832的输出端接入运算放大器。接入一级运算放大器可得到负的电压信号，接入二级运算放大器，得到正的电压信号。数模转换电路如图3所示。

2.4 CAN通信模块电路

SJA1000作为CAN的控制部分，在与单片机连接时，其数据线AD0~AD7与单片机的输入输出管脚P0口连接，片选信号CS接地，低电压允许访问，RST、1NT、WR、WD、ALE管脚分别与单片机的相应管脚连接，控制器的收发端RX0、TX0分别接收发器CTM1050的收发端RXD、TXD