2021年基于CAN总线的温室环境温度监测系统标准设计

目 录

摘要.......................................................

ABSTRACT....................................................

0引言.......................................................

1绪论 ....................................................

1.1CAN 总线特点及中国外应用现实状况.........................

1.2课题提出和处理...........................................

1.3 课题关键任务.............................................
2.2 方案选择................................................

2.2.1单片机选型............................................

2.2.2温湿度传感器选型......................................

2.2.3总线控制器选型.........................................

2.3系统组成总体结构........................................

3 硬件设计..................................................

3.1单片机最小系统..........................................

3.2温度检测电路............................................

3.4键盘电路.................................................

3.5显示电路.................................................

3.6CAN接口电路..............................................

3.6.1总线控制器............................................

3.6.3CAN 收发器.............................................

4 软件设计..................................................
4.3 MCP2515 初始化程序步骤图.................................

结 论......................................................

参考文件....................................................

摘要

针对以往温室内变量检测劳动强度大、精度低、范围小现象，本文应用

温度和湿度传感器，提出了基于CAN总线温湿度测控系统设计方案。本设

计具体分析了基于CAN总线温湿度检测和系统通信原理，设计了单片机最

小系统、CAN通信接口电路、温湿度传感器电路、键盘电路、显示电路和报

警电路等模块。基于CAN总线温湿度测控系统实现了温湿度检测和实时显

示，并能够和其它节点通信方便于温室内大范围温湿度监测和控制，节点

结构简单，便于拓展，降低了劳动强度，提升系统实时性和可靠性。

Design of Greenhouse Environment Monitoring System

Basedon CAN Bus

ABSTRACT

Forthe variable detection of labor within the past green houseintensity, low accuracy, a small range of phenomena, this paper,temperature and humidity sensors, temperature and humidity monitoringand control system design based on the CAN bus. This design, adetailed analysis of the temperature and humidity testing and systemsbased on CAN bus communication theory, the smallest single-chipsystem, CAN communications interface circuits, the temperature sensorcircuit, the humidity sensor circuit, the keyboard circuit, displaycircuit, and alarm circuit module. Detection and real-time display oftemperature and humidity, temperature and humidity monitoring andcontrol

greenhouse so that a wide range of temperature and humiditymonitoring and control, the node structure is simple, easy to expand,reduce labor intensity and
system based on CAN bus and cancommunicate with other node sin the

communicationinterface

基于CAN总线温室环境监测系统设计

张春林

0引言

20世纪80年代末、90年代初兴起现场总线技术引发了工业自动

化领域重大变革，它代表着工业控制网络技术发展方向。现场总线控

制系统(FCS)将集散式控制系统中集中和分散相结合模式变成了新型

全分布式控制模式，控制功效根本下放到现场，现场控制设备经过总

线和管理层交换信息。在企业信息系统层次上，整个企业信息网络能

制层、过程监控层综合表现，被称为工厂底层网络。现在，工业控制

网络技术应用已经推广到过程控制自动化、制造自动化、楼宇自动化

和交通运输等多个领域。

现在通常把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作现场总线

控制系统(FCS)。大家通常把50年代前气动信号控制系统PCS称作第

一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算

机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来集散式分布控

制系统DCS称为。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，

首先，它突破了DCS系统采取通信专用网络局限，采取了基于公开化、

标准化处理方案，克服了封闭系统所造成缺点；其次把DCS集中和分散相结合集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功效根本下放到现场。能够说，开放性、分散性和数字通讯是现场总线系统最显著特征。

现在现场总线技术有较强实力和影响有：基金会现场总线FF(FoudationFieldbus)、局部操作网络 LonWorks(LocalOperating Network)、过程现场总线Profibus(ProcessField Bus)、HART协议、控制局域网络CAN(ControllerAreaNetwork)和Dupline等。它们各具特色，在不一样应用领域形成了自己独特优势。

CAN 总线是德国Bosch 企业在20世纪80年代初为处理汽车中大
量控制和测试仪器之间数据交换而开发一个串行数据通信协议。CAN
造等领域应用广泛。本文介绍了一个基于CAN总线智能温、湿度检测
系统，可应用于不一样工业自动化领域。

近些年来，温室大棚种植为提升大家生活水平带来极大便利，得到了快速推广和应用．国家科技部提出工厂化高效农业示范工程，推进了温室监控技术发展。但总体来讲，中国温室产业环境控制能力弱，这在很大程度上了温室总自动化程度低，抵御自然条件能力差。

体效益深入提升。种植环境中温度、湿度、光照度等环境因子，对作物生产有很大影响．传统人工控制方法难以达成科学合理种植要求， 中国实现上述环境因子自动监控系统还不多见，而引进国外含有多功

效大型连栋温室控制系统价格昂贵，不适合国情。

对温湿度正确检测和远距离传输越来越受到大家重视，针对这一情况，研制一个高精度、高稳定性、低成本且实用分布式环境温湿度检测控制系统显得很关键。而利用CAN总线实现远距离节点间和PC机实时通信，含有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便且便于功效扩展等优点，提升了管理水平和工作效率，所以将CAN总线应用于温室控制含有很好前景。

1绪论

1.1 CAN总线特点及中国外应用现实状况
目标现场总线在美国和欧洲等发达国家和地域发展快速， 并已经
领域有着广泛应用，现场总线关键优点：
(1)增强了现场级信息集成能力；
(2)开放式、互操作性、交换性，可集成性；
(3)系统可靠性高、可维护性好；
(4)降低了系统及工程成本。

现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中全部用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大特点，那就是很高运行速度，很大内存，大量数据存放器。

但随之而来是巨额成本。在很多小型系统中，处理机成本占系统成本

百分比高达20%，而对于这些小型系统来说，配置一个如此高速处理机没有任何须需，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在意系统快速性，所以用成本低廉单片机控制小型，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算系统是很适合。

单片机，又称微处理器，已经应用到各行各业，制造单片机半导 不一体厂家也从十几年前屈指可数几家发展到现在几十家甚至更多。

样厂家提供了基于不一样架构平台，含有不一样功效特点单片机，这就使得我们依据具体设计要求，挑选一款最适宜芯片进行系统开发，在满足功效要求同时最大程度地降低成本。

本文介绍温湿度实时监测装置监测范围在0-50℃和
20%-95%RH(相对湿度)间，可设置温室环境温湿度上下限值，若超出
前温湿度控制系统更远、更实用。

1.2课题提出和处理
伴随科技发展和大家生活水平提升，温室管理也越来越智能化。

它采取传感技术、计算机技术和现代通信技术，实现对温室实施综合自动管理，含有多种安全保护、运行监控等管理功效，给植物提供舒适、安全内部环境。温室温湿度必需常年控制在某一特定范围内，实现温湿度控制智能化。同时时因为温湿度设定模糊性和个体差异性，需要有一个智能化设定方法，来实现温湿度没定值自动匹配。

本文介绍温湿度监控系统，基于CAN总线，采取单片机作为智能

节点控制器，系统通信可靠、快捷，硬件电路设计和软件编程简单，能很好地满足对环境温湿度监控智能化要求。

1.3课题关键任务
综合以前所学知识，利用《电路》、《电子技术》、《单片机原理和 应用》等知识，然后查阅中国外相关检测和传感技术和语音报警等 方面发展动态和已经有技术，设计一个基于CAN现场总线温室温湿 控制系统设计，所以达成以下要求：
1.经过本课题硬件设计，能够使我们了解检测和传感技术基础原理和报警系统使用方法。

2.能够灵活利用单片机进行其它多种控制电路设计开发。经过本
能够含有一定编程技能。课题软件编程能提升我们对单片机编程水平，
新能力和综合分析问题能力,学会使用专业软件,尤其是专业画图软
件，另外，在熟练使用计算机基础上,提升了自己检索资料和利用知
识能力,更新知识,让自己养成良好学习习惯和严谨工作风。

4.经过CAN总线串口通信协议学习、使用，能使我从实践层面了 应用单片机解了通信协议理论知识应用及作用，为以后愈加好学习、
编程打下了基础。

5.具体分析课题任务书，对温室温湿度控制历史和现实状况进行分析，并对温湿度传感器原理进行深入研究，将其综合。然后依据课 题任务书要求设计出实现控制任务硬件原理图和软件，并进行仿真调

试。

2.系统总体方案设计

2.1设计要求
伴随科技进步和时代发展，温室环境在大家生产和生活中饰演角色越来越关键。所以在现代生产和生活中对温室环境进行监测便有了十分关键意义。不过，现在常见温湿度监测系统大多存在最少两大缺点：其一，使用通信网络可靠性低，抗干扰能力差，成本高；其二，线路上传送是模拟信号，易受干扰和损耗。为了克服这些缺点，本文提出了将现在最有前途之一CAN总线技术和数字化传感器技术结合起来设计思想，实现了基于CAN总线智能化温室环境温室度检测系统。

本设计是一个基于CAN总线温室温湿度测控系统， 节点采集温湿
应用场所：系统可应用于温室、粮食仓储、纺纱车间、图书馆等环境
监测调整和报警监控等。

2.2 系统组成总体结构
本设计由单片机最小系统、湿温度检测电路、键盘电路、显示电路、报警电路、CAN控制器、CAN收发器和电源电路组成。本系统以单片机STCC51为主控制器，键盘设定温湿度上下限，由温湿度传感器DHT11检测温室内温度并经其转换为数字信号送往单片机， LCD 实时显示室内温湿度值及报警信息，单片机经过CAN总线控制器、

CAN驱动器连接至CAN总线，和总线其它节点通信，实现温湿度值检

测、处理及监控。

系统原理框图：

液晶显示 液晶显示

DHT11温湿度 51 51 USB供电

键盘模块 单 单

报警电路 片 片

USB供电 机 机

时钟、晶振

时钟、晶振

SPI

CAN驱动器 CAN驱动器

CMT1050CMT1050

CANH

CANL

CAN 总线

图2.1

3.硬件设计

3.1器件介绍

3.1.1单片机选型

方案一：采取ATC51单片机作为硬件关键。其内部含有4KBFlash ROM 存放空间，能够用3V比较低压工作，能和MCS-51系列单片机完全兼容，不过在电路设计应用中因为不含有ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，因为对程序错误修改或程序新增功效需要烧 当对芯片数次拔插时，也会有一定入程序时，会对其造成一定损坏
；程度损坏。

方案二：采取STCC51单片机作为硬件关键。含有8K在系统可
编程Flash

为对程序错误修改或程序新增功效需要烧入程序时，也无须要对芯片反复拔插，所以很大程度上对芯片造成损坏基础没有。

STCC51和ATC51全部是8051内核，只不过内部资源比51多，比如增加了一个16位计数器T2，当然对应特殊寄存器(SFR)也有了一点改变，另外52内存也从51128字节提升到了256字节，ROM也从4K提升到8K，能够装下更大程序，不过若单从运算速度来讲，因为二者全部是8051直系后代，基础上能够认为二者运算性能相同。

考虑到内存增加对较复杂程序带来好处，总体性能是要比51 好不少。另外S比C51 还增加了ISP功效，就是在线可编程功效，这可

是很有用功效，首先是省去购置编程器钱。

二者在价格上区分不大，综上比较，依据本设计内容选择方案二。

3.1.1.1单片机STCC51介绍

STCC51是一个高性能、低功耗CMOS八位微控制器，含有8K在系统在线可编程Flash存放器，使用ATMEL企业高密度非易失性存放器技术制造，和工业80C51产品引脚和指令完全兼容。片上Flash许可ROM在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧8位CPU和在系统可编程Flash，使其为众多嵌入式控制应用系统提供灵活处理方案。

3.1.1.2关键特征
(1)低功耗空闲和掉电模式； (2)全静态操作：0Hz～33Hz；
(6) 三级加密程序存放器；
(7)和MCS-51 单片机产品兼容；
(8)全双工UART 串行通道；
(9) 三个16 位定时器/计数器；
(10)看门狗定时器；
(11)双数据指针；
(12)1000 次擦写周期；
（13）32个可编程I/O 口线。

3.1.1.3引脚功效说明

VCC：电源

GND：地

P0 口：8 位漏极开路双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8

个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问数据存放器和外部程序时，P0口也被作为低8位数据/地址复用。在这种模式下，P0含有内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：含有内部上拉电阻8位双向I/O口，P1输出缓冲器能够驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时能够作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低引脚

出
P1.1 T2EX（定时器/计数器T2重载/捕捉触发信号和 方向控制）

P1.5	MOSI（在系统编程用）	表 3.1	P
P1.6	MISO（在系统编程用）
P1.7	SCK（在系统编程用） 2 口：

含有内部上拉电阻8位双向I/O口，P2输出缓冲器驱动4个TTL逻辑

电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时能够作

为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低引脚因为内部电阻原因，

将输出电流（IIL）。在方位外部程序存放器或用16位地址读取外部

数据存放器时，P2口送出高八位地址。在Flash编程和校验时，P2

口也接收部分控制信号和高8位地址字节。

P3口：P3口是一个含有内部上拉电阻8位双向I/O口，P2输出

缓冲器能驱动四个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电

阻把端口拉高，此时能够作为输入口使用。作为输入使用时，被外部

拉低引脚因为内部电阻原因，将输出电流（IIL）。

P3口亦作为STCC51特殊功效（第二功效）使用，如表所表示。

RST：复位输入。晶振工作时，单片机复位需要RST脚连续2个机器周期高电平将。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期高电平。AXUR（地址8EH）特殊寄存器上Disrto位能够使此功效无效。Disrto默认状态下，复位高电平有效。

Flash 编程时，此引脚（

PROG

）也用作编程输入脉冲。

在通常情况下，ALE以晶振1/6固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，尤其强调，ALE脉冲将会跳过，当每次访问外部数据存放器时。假如需要，经过将SFR（其地址为8EH）第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在实施MOVC或MOVX指令时有效。不然，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（SFR地址为8EH第0位）设置对微控制器处于外部实施模式下无效。

现在传感器应用很广泛，传感器品种繁多，此次设计选择DHT11和SHT11进行比较，依据最适合本设计方案用之。

方案一DHT11：
湿度测量范围：20～95%RH；温度度测量范围：0~ 50℃；湿度测量精度：±5%RH
温度测量精度：±2℃

湿度测量范围：0～100%RH；
温度测量范围：-40～+123.8℃；
温度测量精度：±0.4℃
湿度测量精度：±3.0%RH
即使SHT11测量精度比较高，不过DHT11从价格上来说远远低于SHT11，而且对于通常温室温湿度监测DHT11已经完全能够满足我们需要，而且还能够节省成本，选择适宜元器件用做设计，DHT11已经能满足我们检测需求，故此次设计选择DHT11作为设计温湿度传感器。

实物图以下：

3.1.2.1温湿度传感器DHT11介绍

数字温湿度传感器DHT11是一款含有已校准熟悉信号输出温湿度复合传感器，它应用专用温湿度传感技术和数字模块采集技术，确保产品含有卓越长久稳定性和极高可靠性。传感器包含一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件，并和一个性能高8位单片机相连接。 所

以该产品含有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器全部在即为正确湿度校验室中进行校准。校准系数以程序形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小体积、极低功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为给类应用甚至最为苛刻应用场所最好选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。其性能见表3.1：

表3.1

图3.1

3.1.2.2电源引脚
DHT11供电电压为 3－5.5V。传感器上电后，要等候1s以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF电容，用以去耦滤波。

3.1.2.3串行接口 (单线双向)
下面说明,目前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作步骤以下:
一次完整数据传输为40bit,高位先出。

数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果末8位。

用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等候主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit数据,并 触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收

到开始信号触发一次温湿度采集,假如没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。

通讯过程图3.2所表示

图3.2

总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等候DHT11响应,主机把
总线拉低必需大于18毫秒,确保DHT11能检测到起始信号。DHT11接收
到主机开始信号后,等候主机开始信号结束,然后发送80us低电平响
可,总线由上拉电阻拉高。

图3.3

总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据全部以50us低电平时隙开始,高电平长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.假如读取

响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检验线路是否连接正常.当最终一bit数据传送完成后，DHT11拉低总线50us,随即总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。

数字0信号表示方法图3.3所表示

图3.4

3.1.2.5电气特征

VDD=5V，T= 25℃，除非特殊标注

参数	条件	min	typ	max	单位
供电	DC	3	5	5.5	V
供电电流	测量	0.5		2.5	mA
	平均	0.2		1	mA
	待机	100		150	uA
采样周期	秒	1			次

表3.2
注:采样周期间隔不得低于1秒钟。

3.1.2.6应用信息

超出提议工作范围可能造成高达3%RH临时性漂移信号。返回正
常工作条后，传感器会缓慢地向校准状态恢复。要加速恢复进程/可
电阻式湿度传感器感应层会受到化学蒸汽干扰，化学物质在感
应层中扩散可能造成测量值漂移和灵敏度下降。在一个纯净环境中，
污染物质会缓慢地释放出去。下文所述恢复处理将加速实现这一过程。高浓度化学污染会造成传感器感应层根本损坏。

置于极限工作条件下或化学蒸汽中传感器，经过以下处理程序，可使其恢复到校按时状态。在50-60℃和<10%RH湿度条件下保持2小时（烘干）；随即在20-30℃和>70%RH湿度条件下保持5小时以上。

气体相对湿度，在很大程度上依靠于温度。所以在测量湿度时，应尽可能确保湿度传感器在同一温度下工作。假如和释放热量电子元

件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将DHT11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳良好通风。为降低热传导，DHT11和印刷电路板其它部分铜镀层应尽可能最小，并在二者之间留出一道缝隙。

长时间暴露在太阳光下或强烈紫外线辐射中，会使性能降低。DATA信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量,推荐使用高质量屏蔽线。

3.1.2.7封装信息

图3.5

3.1.2.8 DHT11引脚说明

表3.3

3.1.3总线控制器选型

CAN 总线控制器分为两类，一类是集成于微处理器中CAN控制器，
另一类是CAN控制器。集成于微处理器中CAN控制器自带MCU，
在系统设计中能够降低制版面积、降低系统功耗。CAN控制器优
点是能够和多个微处理器连接，使用灵活方便，便于基层开发，而且
CAN控制器潜在优势在于，仪表设计人员能够大
成本较低。使用大扩大MCU 选择范围而无须强求MCU必需内含CAN总线控制模块，在
对软件稍作修改后就能够经过SPI接口和MCP2515 交换数据。这么，
不需要更换MCU就能够在现有仪表上增加CAN总线通信功效，从而达
成了产品快速更新，缩短上市时间，降低产品成本，提升产品质量目
标。CAN总线控制器是以一块可编程芯片上逻辑电路组合来实现网络
Motorola、TI 和SIEMENS等。

现在，中国工业上应用最广泛CAN控制器芯片当属 PHILIPS 企业SJA1000。即使它含有低成本，高可靠性，支持远距离通信等特点，但它在应用中也含有部分缺点，比如地址总线和数据总线分时复用常造成接口效率低下；接收和发送缓冲器个数太少，造成数据吞吐率低下；占用单片机IO口多，硬件复杂；屏蔽器和过滤器设置不够灵活，不能满足同时需要更多屏蔽和过滤条件要求等。为了满足以上要求， Microchip企业推出了CAN 总线控制器芯片MCP2515，它符合CAN 2.0B技术规范并带有符合工业标准SPI串行接口，轻易实现，连接

简单方便，是现在市场上体积最小，最易于使用也是最节省成本CAN控制器芯片。使用CAN控制器潜在优势在于，仪表设计人员能够大大扩大MCU选择范围而无须强求MCU必需内含CAN总线控制模块，在对软件稍作修改后就能够经过SPI接口和MCP2515交换数据。这么，不需要更换MCU就能够在现有仪表上增加CAN总线通信功效，从而达成了产品快速更新，缩短上市时间，降低产品成本，提升产品质量目标。

综上可知，本系统设计有单片机，故选择CAN总线MCP2515控制器，能够降低成本、灵活地扩展节点功效。

3.1.3.1CAN总线控制器MCP2515介绍

MCP2515 能够发送和接收标准数据帧和扩展数据帧，并含有接收
进行通信。MCP2515内含3 个14字节发送缓冲器，个字节接收缓冲
器，而且含有灵活中止能力、帧屏蔽和过滤、帧优先级设定等特征。

这些特点使得MCU对于CAN总线操作变得很简单。MCP2515关键功效参数以下：
（1）支持CAN协议2.0A/2.0B；
（2）最大可编程波特率为1MPbs；
（3）有标准帧和扩展帧两种数据帧可供选择，每个帧中数据段

（5）内含3个发送缓冲器和2个接收缓冲器，而且其优先级可编程设定；
（6）内含6个29字节接收过滤器和6个29字节接收过滤屏蔽器；
（7）含有Loop-Back(自环检测)模式；
（8）标准帧数据段前两个字节
单独过滤功效；
（9）支持比CAN更高层协议，如：DeviceNet。

MCP2515 关键电气特征以下：
（1）工作电压：2.7V-5.5V；
（2）含有低功耗睡眠状态；
（5）含有高速SPI 接口（10MHz ）；
（6）支持SPI0，0 和SPI1，1 两种模式；
（7）含有6 个中止接口；
（8）含有可编程分频系数时钟脉冲输出引脚；
（9）支持最高可达40MHz时钟脉冲输入信号；
（10）含有可选择使能中止输出引脚。

3.1.3.2内部结构和工作原理

图3.6

CAN 协议机和发送、接收缓冲器和她们屏蔽器、过滤器。CAN协议
图3.6为 MCP2515 内部结构和工作原理图，其中CAN模块包含

中止寄存器则负责实现多种工作模式设定和操作控制。

MCP2515 在CAN总线上数据接收是经过两个接收缓冲器，两个接收屏蔽器，六个接收过滤器组合来实现。CAN总线上只有同时满足了最少任意一个接收屏蔽器和一个接收过滤器条件帧才能够进入接收缓冲器.MCU能够经过SPI接口来读取接收缓冲器里数据。MCP2515对CAN 总线数据发送则没有，只要用MCU经过SPI 接口将待发送数据写入MCP2515发送缓冲器，然后再调用RTS（发送请求）命令即可将数据发送到CAN总线上。
含有灵活中止管理功效，它有8个中止源，包含发送、接收中止，多种错误中止和总线唤醒

中止等。MCU能够经过对MCP2515中止许可控制寄存器CANINTE设

置来设定和屏蔽多种中止发生条件，并能够经过读取MCP2515中止

标志位寄存器CANINTF或经过MCP2515ReadStatus（读状态寄存器）

命令读取CANSTAT寄存器中ICOD部分来判定目前中止中止源。

3.1.4CAN总线驱动器

在CAN-bus现场总线快速普及今天，CAN-bus现场总线应用场所

也随之多元化，大型远距离现场CAN-bus网络随地可见。由此带来一

个事实，假如单个CAN-bus节点电路设计不妥，往往会出现总线通讯

不良，甚至因为收发器电路而损坏整个CAN网络系统情况；尤其在环

性，需要在CAN-bus节点设计时采取保护方法，降低风险，提升性能！境恶劣场所，这种危险就更多存在！为了避免无须要损坏，提升可靠

同传统设计相比，图3.7所表示以CTM1050为代表隔离CAN收发

器含有更高集成度、更高可靠性和更具竞争力价格，能够帮助使用者

降低整体设计风险和采购成本。由图可知CTM1050将CAN总线收发器

功效和隔离功效集合于一身，既节省了成本又为电路板节省了空间。

综上，本设计选择CTM1050作为CAN总线驱动器。

图3.7

3.1.4.1CAN总线驱动器CTM1050介绍

功效特征
含有隔离、ESD保护功效；电磁辐射EME极低；完全符合ISO118 标准CAN收发器；电磁抗干扰EMI性极高；速率最高达1Mbit/s；无需外加元件可直接使用；隔离电压：DC2500V；最少可连接110个节点；工业级温度范围：-40~85℃；高低温特征好，能满足工业级产品技术要求。

内部结构
图3.8

图3.8

CTMT1050 是高速隔离CAN收发器，内部集成了全部必需电气元件，包含隔离电路、CAN收发器、总线保护、电源电路，这些全部被集成在小于3平方厘米模块中。CTM1050T关键功效是将CAN 控制器逻辑电平转换为CAN总线差分电平，而且含有（DC2500V）隔离功效、

3.1.5显示器选型

方案一：数码管显示，数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，起驱动方法分别为静态驱动和动态驱动，静态驱动编程简单，显示亮度高不过占用I/O端口多，在十几应用时必需增加译码器驱动进行驱动，增加了硬件电路复杂性。动态电路是最广泛显示方法之一，其能够节省大量I/O端口，而且功耗低。针对数码管，其显示单调不含有数据直观性。

方案二：LCD1602液晶显示，含有字符发生器ROM，可显示192
种字符（32个5x10 点阵字符和160个5x7 点阵字符和），含有个
字节自定义字符RAM，能够自定义4个5x11 点阵字符或8个5x8 点
阵字符。含有80个字节RAM，标准接口特征，适配m6800系列mpu
了，选择LCD1602能够把温湿度很直观显示出来，而且不占用资
源，在设定阈值时更能简练明了，1602能显示两行字符，恰好对
应分配给温度和湿度，此次设计选择LCD1602为显示元件。

3.1.5.1 液晶显示器LCD1602介绍

1602 液晶也叫1602字符型液晶它是一个专门用来显示字母、数字、符号等点阵型液晶模块它有若干个5X7或5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位全部能够显示一个字符。每位之间有一个点距间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距作用，正

因为如此所以它不能显示图形
1602LCD是指显示内容为16X2即能够显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

含有80个字节RAM，标准接口特征，适配M6800系列MPU操作时序。模块结构紧凑、轻巧、装配轻易，像素尺寸小，分辨率高。颜色分单色（黑白）、彩色两种。LCD1602实物图以下：

3.2硬件电路

3.2.1系统电路总图

系统电路由两个CAN节点组成，其中一个为发送节点，另一个为接收节点。在发送节点电路模块设有单片机最小系统（包含时钟电路和复位电路）、温湿度采集电路、按键电路、显示电路和报警电路，在接收节点设有单片机最小系统、显示电路。两个节点经过CAN总线实现数据实时通信。以下图所表示：

图3.10
3.2.2单片机最小系统

单片机最小系统由单片机STCC51、时钟电路和复位电路组成。单片机P2口和MCP2515控制器地址/数据口相连，并作为CAN控制器片

选控制端口，P0口作为键盘输入和报警控制端口，P1口作为显示输出端口，P3.2口统计来自湿度传感器脉冲信号，外部中止INT0接收CAN控制器中止信号。单片机最小系统电路图3.11所表示。

3.2.3复位电路设计

RST引脚是单片机复位端，高电频有效。在引脚端输入最少连续两个单片机周期高电频，单片机复位。使用时，在引脚和VSS引脚之间接一个10KΩ下拉电阻，和VCC引脚之间接一个约10μF电解电容，即可确保上电自动复位。本设计为开机复位，电路图3.12

图3.12复位电路

3.2.4晶振电路设计

单片机晶振作用是为系统稳定提供周期性时钟信号，一个晶振通

基频使用不一样晶振，而是经过电子调整频率方法保持同时。 晶振通常是一个系统共用，以使系统各部分保持同时，有些通讯系统射频和

3.2.5供电电路设计

本设计采取USB供电。USB接口有四个触点，分别是电源+5V、数

据－、数据+、电源地，USB设备和计算机经过“数据+”和“数据－”

通道进行数据传输，“+5V”、“电源地”含有为外部设备供电能力。本

设计供电电路图3.14所表示：当按键按下时，系统电路得电。

图3.14供电电路

3.2.6温湿度检测电路

温度检测电路关键是用来检测当下温室环境中温湿度，并将所检

测到数据传送到单片机中进行处理。关键由温湿度传感器DHT11组成，

引脚1接+5V电源，引脚2和C51P3.2口相连，进行采集温湿度数据传

图3.15温湿度检测电路

3.2.7键盘设计

限报警值。关键有3个按键，分别是功效选择键、增加键、降低键。
按键是用来设定温度、湿度上下限报警值，查看温度、湿度上下

图3.16键盘电路

环境温湿度进行监控。使用时，将P1口和LCD数据线相连，P3口和LCD控制线相连，其中，LCD1602第4脚RS为寄存器选择，第5脚RW为读写信号线，第6脚E为使能端。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。所以在编写软件时需要做处理，使读取正确。LCD显示电路以下图所表示：

图3.17显示电路

3.2.9报警系统设计

在微型计算机控制系统中，为了安全生产，对于部分关键系统部位或参数，全部设有紧急状态报警系统，方便提醒操作人员注意采取紧急方法。其方法就是把传感器采集数据经过MCU进行数据处理、数字滤波、标度变换以后，和该参数上下限给定值进行比较，假如高于上限值（或低于下限值）则进行报警，不然就作为采样正常值，进

行显示和控制。

本设计采取一个蜂鸣器电路，由C51P0口进行控制。假如温度和湿度全部没有超出或低于程序设定值时,蜂鸣器不发出报警声，显示器正常显示.如过温度和湿度任何一个参数没有在设定范围内,则蜂鸣器导通，发出报警声。以下图所表示：

图3.18

3.2.10CAN接口电路

CAN接口电路关键由CAN控制器MCP2515和CAN驱动器CTM1050组成。CAN总线控制器地址/数据复用总线和单片机P2口相连，并将中止输出到单片机中端口，总线控制器串行数据输出线(TX)和串行数据输入线(RX)连接至总线驱动器CTM1050，总线驱动器经过有差分发送和接收功效两个总线端CANH和CANL连接至CAN总线电缆。

CAN 总线链路层要求关键由CAN总线控制器实现，物理层规范关

键由CAN总线驱动起来实现，因为CTM1050自带电气隔离功效，故不

需要光电耦合电路来实现网络和信息采集电路电气隔离，便可保障总

线网络正常运行。节点经过单片机编程控制CAN总线控制器来实现

CAN总线节点间通信CAN控制器。

CAN接口电路图3.19所表示。

4.软件设计

程序关键包含主程序、CAN控制器初始化程序、湿湿度检测中止

程序、接收程序和发送程序。其中主程序关键完成中止初始化、键盘

扫描、温湿度检测和温湿度显示及报警等功效；CAN控制器初始化程

序关键完成MCP2515初始化设置；接收程序由单片机外部中止完成，

关键实现系统接收报文处理；发送程序关键实现系统报文发送。

基于CAN现场总线温室温湿度测控系统设计是一个多点温湿度

采集测控系统，温度、湿度多点采集和控制处理是一个综合性强、包
含面广系统，能够对不一样对象温度、湿度进行监测，含有较强应用
性。因为是多点采集温、湿度，而且在一定空间内，那么不能利用分
机不定时向主机发送温、湿度采集数据，假如这么就会出现测控反复
或各点信息挤占通信回路。所以，为了避免出现上述现象，这里将采
取主机定时（每隔100ms依次发送）上各个分机发送地址信息模式，
接到对应分机地址分机才作出反应；而没有接到对应分机地址分机将
处于待定状态，等候下一次主机发送信息。在设计总线通信协议时，
分别对各个下位机（分机）进行地址编号，下位机及主机全部连接在
物理总线（CAN总线）上，这么便于主分机通信，也简化了控制设计
布线。主机发送下位机编号地址来采集对应下位机温、湿度信息，经
置为：1），开启外部报警装置，此时调用扫描显示方程子程序，
当主机发送该下位机地址所采集温、湿度在预置值范围内时，便
又会发送一个脉冲信号（设置为：0）关闭外部报警电路；若采
集温、湿度数据在预置值范围内，CPU不会发送一脉冲信号给外
部报警电路，而是返回进行下一下位机温、湿度采集，并判定。
如此循环进行多点温、湿度测控。

CAN总线通信协议格式中有四种帧格式：数据帧、远程帧、犯错

帧和超载帧，其中数据帧和远程帧发送需要在CPU控制下进行，而

犯错帧和超载帧发送则是在错误发生或超载发生时自动进行。所以大

家更关心前两个帧结构。一个完整数据帧格式，除仲裁段、控制段和

数据段外全部是CAN控制器发送数据时自动加上去，而仲裁段、控

制段和数据段则必需由CPU控制给出。

下位机经过CAN总线一帧一帧发送信息，接到主机发送过来信

息后，各下位机便发送出各自：分机编号、温度值、湿度值、结束标

志；分机编号前面已经设置，而这里温、湿度传感器能把温、湿度值

转换成8位二进制形式；结束标志能够设置为：FFFFH。

4.1主程序步骤图

样，同时将系统采集温湿度数据帧发送到总线上，并将温湿度值和报

警信息送往LCD1602液晶显示器。初始化完成后，系统将开始正常运

行，并进行温湿度检测、键盘扫描及定时处理等操作。主程序步骤图

如4.1所表示。

开始

中止初始化

MCP2515初始化

调用键盘扫描程序

存放温湿度限值及控制信息

调用温度采样程序

调用发送程序

调用LCD显示程序

式寄存器、时分寄存器、接收代码寄存器、屏蔽寄存器、总线定时寄
存器、输出控制寄存器等。需要注意是这些寄存器仅能在复位期间进
行访问，所以，这些寄存器初始化前，必需确保系统进入复位状态，
信息从而且系统中各CAN控制器总线定时寄存器初始化字必需相同。

CAN控制器发送到CAN总线是由CAN控制器自动完成，发送程序只需将发送信息帧送到CAN发送缓冲区，且开启发送命令即可。

MCP2515控制器初始化关键完成工作方法设置、接收滤波方法设置、接收屏蔽寄存器和接收代码寄存器设置、波特率参数设置和中止 许可寄存器设置等。MCP2515初始化程序步骤图以下图4.2所表示。

开始

置复位状态 接收代码寄存器赋初

值

工作模式时钟分频 开中止 接收屏蔽寄存器赋初 值

设置总线定时寄存器 清除错误寄存器和代码捕捉寄存器 返回正常模式

返回

图4.2 MCP2515 初始化程序步骤图
送入MCP2515发送缓冲区，然后开启MCP2515发送。以下图所表示：

数据帧接收在外部中止服务程序里面完成，其中当MCP2515将总

线驱动器收到数据转换存入接收缓冲区后即给单片机产生中止，提醒

单片机对通信数据进行接收。接收程序步骤图以下图4.4所表示。

图4.4接收程序步骤图

5.结论

基于CAN总线温湿度测控系统设计关键由单片机最小系统、温湿

度检测电路、键盘电路、显示电路、报警电路、CAN控制器、CAN收

发器和电源电路组成。本系统以单片机STCC51为主控制器，键盘

设定温湿度上下限，由温湿度传感器检测温室内温度并送往单片机，

LCD实时显示室内温湿度值及报警信息，单片机经过CAN总线控制器