基于C8051F的远程多点温度控制系统设计

　　1 引言

　　远程温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,特别是一些大型的特殊的工控场合,对温度的精确控制要求非常高。为此,笔者开发出基于C8051F040[1]单片机的远程多点温度智能控制系统,该系统终端用智能单片机进行多点温度的检测处理,使用CAN[2]总线进行远程传输数据,冷库温度在-25~+75℃范围内变化,精度±0.1℃。系统工作实时性强,稳定可靠,控制精确,操作简便。

　　2 硬件电路设计

　　2.1 系统总体结构

　　该系统要求上位机C8051F040读取按键设定温度,根据终端温度采集电路检测的多路温度判断是否超过设定温度±1℃,启动相应的加热或制冷设备。如此反复,使远程测控的温度保持在设定温度附近。

　　系统主要功能模块包括12232C[3]液晶显示器模块、4x4矩阵式键盘电路、CAN总线数据传输线路、终端采集模块、报警和控制电路。系统功能的整体构成如图1所示。

　　2.2 CAN总线通信接口硬件设计

　　完整的CAN总线通信接口的硬件部分应该包括C8051F040集成的CAN控制器和PHILIPS公司出品的TJA1050CAN[4]收发器,可靠性要求非常高时两者间还需隔离装置。CAN总线控制的网络拓扑结构如图2 所示,其主要功能是:

　　(1) C8051F040集成CAN 控制器:集成了CAN 总线的物理层和数据链路层的功能,能够使用多种物理介质,极高的总线利用率,数据传输距离达10km,数据传输速率高达1Mb/s,可靠的错　　误处理和检错机制。

　　(2) CAN 收发器:集成了CAN协议物理层的部分功能,主要进行电气转换,将逻辑信号转换为平衡差分码,电气保护、过热保护等功能.CAN总线上两端节点加电容电阻对信号吸收,避免信号反射。

　　2.3 终端温度采集电路设计

　　温度采集使用电流型集成电路温度传感器AD590[5],它将温度转换为电流,温度每增加1℃,AD590会增加1uA输出电流,在-55℃-150℃范围中有较好的线性度,工作电源电压范围为+4V-30V。终端系统温度采集及信号处理电路如图3所示,终端模拟信号输入到单片机的ADC0引脚。AD590输出电流以绝对温度零度为基准,每增加1℃,它会增加1uA 电流。因此,它的输出电压为Ui=(273+T)uAx10K=(2.73+T/100)V。为了将电压测量出来又使输出电流I不分流出来,使用电压跟随器输出电压Ui。

基准电压Vref由稳压芯片产生,电位器R3用于产生2.48V的稳定电压。运算放大器U2 及电阻R4,R5,R6,R7 构成减法电路,用于将输出电压转换为0~4V 的电压。计算过程如下:

　　3 系统软件设计

　　系统软件设计采用模块化程序设计流程,软件模块包括主程序、键盘扫描子程序、LCD显示子程序、CAN总线数据传输子程序和终端AD温度采集数据处理子程序。其中主程序流程图如图4所示。