通信电子设计 精品基于CAN总线的楼宇温度控制系统设计 外文原文及翻译 1.docx

通信电子设计 精品基于CAN总线的楼宇温度控制系统设计 外文原文及翻译 1.docx

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通信电子设计精品基于CAN总线的楼宇温度控制系统设计外文原文及翻译1

密级

分类号

编号

成绩

本科生毕业设计（论文）

外文翻译

原文标题

DistributedBuildingTemperatureControlSystem

BaPLCOVERETHERNET/IP

BasedonCANBus

译文标题

基于CAN总线的楼宇温度控制系统设计

作者所在系别

电子工程系

作者所在专业

电子信息工程

作者所在班级

作者姓名

作者学号

指导教师姓名

指导教师职称

教授

完成时间

2009

年

12

月

译文标题

基于CAN总线的楼宇温度控制系统设计

原文标题

DistributedBuildingTemperatureControlSystemBasedonCANBus

作者

WANZHONG,etc

译名

国籍

中国

原文出处

JournalofZhejiangWanliUniversity

基于CAN总线的楼宇温度控制系统设计

万忠，谢志波

摘要

文章提出了一种基于CAN总线的楼宇温度控制系统，并给出了系统硬件和软件的设计方案，分析了控制台和分布在楼宇中的控制节点之间的通信问题，从而实现对楼字温度实时检测，并对异常情况进行报警和控制，试验表明该系统可靠，能实现节能目的．

关键词：

温度控制CAN总线节能

1.引言

随着人们生活水平的提高，电力工业每年都会面临用电最多的季节：

电力迎峰度夏．2003年以来，我国供电形势从缓和转为全面吃紧，建筑节能成为热点问题，其中空调节能是最突出的．公共建筑的空调是高能耗的源头之一．以北京为例，公共建筑尽管只占全市民用建筑总面积的5．4％，但公共建筑全年总耗电量却达到33亿千瓦，接近所有居民生活用电的一半[1]．据初步了解，北京市的公共建筑普遍存在着30％-50％的节能空间[2]．一种最重要的方法是通过对楼宇的内部温度进行实时检测从而控制楼宇空调。

2.系统结构原理与硬件设计

不同的楼宇，其内部空间分布和结构是不同的．为实现系统的构建，笔者提出一种基于SJAl000的CAN通信平台来实现各节点的可靠通信；在此基础上，由主控制器实现对各检测节点的温度设定，实时检测整幢楼宇温度，并由LCD显示结果，对异常情况进行语音报警和控制，以实现节能目的．系统的设计目的是为了测量和控制分布在一栋建筑物内各个房间的温度，而测温和控制节点是分散的，所以要通过CAN总线实现控制台和分布在建筑物的各个部分的控制节点相连，每个控制节点可以控制多个房间的温度．系统结构如图l所示．

2．1主控台和硬件设计

图2控制台硬件结构图

控制台是AT89C52单片机，为主控制器，连接报警模块、存储模块、时钟／日历电路和人机接口电路，其结构如图2所示．控制节点也由单片机控制，连接温度检测模块和CAN总线接口模块。

该系统采用AT89S52，这是一节低功耗芯片，该芯片是由ATMEL公司生产的，有4KB的系统内可编程（ISP）的FLASH存储器。

使用AT89S52作为系统的主控制器，现场编程调试和系统的功能变化非常方便灵活。

在系统正常工作时，控制台通过CAN总线发出一个明确的控制温度值分布在建筑中的指定节点。

该节点接收控制台的命令，通过分布在每个房间1-Wire总线读取温度探测器DS18B20的温度值，通过CAN总线传送每个房间的温度数据和房间号码到控制台。

根据由主机控制在每个房间空调气门系统接收的一定的温度值。

经过数据接收发送到节点，控制台通过CAN总线在接收到控制节点发来的数据后，通过12C总线读取实时时钟，13历芯图2控制台硬件结构图片PCF8563的时间，并作相应处理，当房间的温度超过设定值时，发出报警信号，同时将房间号、时间、报警原因等信息传送至LCD进行显示．每个房间报警温度值通过键盘输入模块确定，控制台在内存中输入和存储过程中相应的值。

2．2CAN总线接口设计

CAN总线通信的波特率高达1Mb／s，最远通信距离可达lOkm；CAN总线通信采用短帧结构，使得数据传输的时间短，受干扰的概率低，并且CAN总线协议有良好的检错措施，因此CAN总线通信的可靠性较高，可以应用于有较强干扰的环境．CAN总线定义网络中的每一节点对应一地址，在实际应用中，CAN总线最多可挂110个节点．基于CAN总线通信对于传送的信息帧可以设定不同的优先级，并通过总线仲裁机制使高优先级的信息能够被优先、及时地传送，保证了更重要的信息能及时地被传送，从而增加了CAN总线通信的实时性．

CAN总线接口采用PHILIPS公司生产的CAN控制器SJAl000和CAN驱动器PCA82C250．SJAl000是集成的独立CAN控制器（与PHILIPS早期的CAN控制器PCA82C200完全兼容），负责完成CAN总线通信协议的物理层和数据链路层的功能阁．SJAl000内置控制寄存器、命令寄存器、状态寄存器、中断寄存器和收、发寄存器等，单片机就是通过读写这些寄存器来实现对SJAl000的控制；芯片的TXO、RXO引脚用于与CAN总线收发驱动芯片相连．PCA82C250是专门用于CAN总线收发驱动的8脚芯片，TXD、RXD引脚分别接收和发送CAN总线控制器的信号；双绞线（同轴电缆）传输介质分别接至CANH、CANL引脚．考虑到使用现场可能有各种各样的干扰，在CAN控制器和驱动器之间增加高速光耦隔离器件（6N137）[6]．

2．3节点硬件设计

控制节点主要包括CAN总线接口、控制模块和温度传感器DSl8820，系统结构如图3所示．

Dallas半导体公司最新单线数字温度传感器DSl8820是一款体积更小、适用电压更宽、更经济的数字化温度传感器．现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，并且支持3-5．5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便．DSl8820内部ROM中的64位序列号是出厂前用激光光刻写好的，它可以看作是该DSl8820的地址序列码．64位光刻ROM的排列是：

开始8位是产品类型标号，DSl8820的产品系列码固定为28H；接着的48位是该DSl8820自身的序列号，而这48位序列号为全球唯一的，最后8位是前面56位的循环冗余校验码．利用DSl8820ROM中的序列号作为1一Wire网络中的地址，唯一标识一个传感器，这样就可以实现一根总线上挂接多个DSl8820的目的．

根据Dallas公司提供的DSl8820资料，每根单线总线上最多可以挂248个l—Wire器件tTl．但在试验中发现并非如此．当一根单线总线上所挂的DSl8820超过8个时，就需要解决控制节点的单片机对单线总线的驱动问题，否则单片机就不能正确实现对DSl8820的读写．同时，连接DSl8820的总线电缆也是有长度限制的，当采用普通信号电缆作为总线传输测温数据时，长度超过50m时，读取的测温数据就会发生错误．当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通信距离可达150m．因此该系统每个控制节点一根单线总线最多接8个DSl8820，这样设计的目的既能保证单片机对总线的驱动，同时也能满足通信距离不超过150m，从而实现系统的稳定运行．

3.系统软件设计

系统构成包括控制台和控制节点两部分，因此软件设计主要包括控制台程序设计和节点程序设计两个部分，控制台程序结构如图4所示．

3．1控制台软件设计

控制台程序从大模块上划分为初始化和主调度两块．初始化部分仅在上电启动或复位时运行一次；主调度主要包括CAN信息帧处理、键盘按键处理、显示处理和报警、数据和时间处理、中断控制等部分.

主调度主要负责协调和管理各个子任务的运行，主调度巡查各个子任务激活条件，当激活子任务的事件发生时，将激活该子任务运行，否则跳过这一子任务；如果有多个激活条件出现，主调度负责仲裁．系统初始化的功能是建立系统使用环境，包括CAN总线接口初始化、时钟芯片初始化等．CAN信息帧处理模块主要实现利用CAN总线实现控制台和各控制节点之间的通信．键盘按键处理模块主要用来实现键盘的输入按键的识别及相关处理．显示处理和报警模块则实现根据数据时间处理模块处理的结果传送至LCD显示，并控制报警系统．数据和时间处理模块主要是实现对从CAN总线接口接受来的数据进行处理并保存到AT24C128中，并根据系统时间和温度报警设定值做相应的处理．最后的中断控制模块用实现CAN总线接以口实时通信和键盘按键实时响应．

3．2控制节点软件设计

控制节点的主要功能是和控制台通信，检测分布在每个房问中的DSl8820的温度值，如果超过限定值，则向控制台报警并控制该房间的空调风门．同时通过CAN总线向控制台报告房间号和温度值．根据DSl8820的通信协议，节点单片机控制DSl8820完成温度转换必须经过三个步骤：

每一次读写之前都要对DSl8820进行复位，复位成功后发送～条ROM指令，最后发送RAM指令嘲，这样才能对DSl8820进行预定的操作．复位要求单片机将数据线下拉500μs，然后释放，DSl8820收到信号后等待16～60μs左右，后发出60—240μs的存在低脉冲，单片机收到此信号表示复位成功．

当单片机执行传感器DS18B20测量温度程序的流程时，它会发出温度变换命令。

单片机会等待传感器DS18B20变为低信号。

一旦与传感器DS18B20连接的总线不好或者损坏，单片机将无法读取低信号，并进入无限循环等待。

因此，我们通过单片机的定时器中断系统来解决这个的问题。

4.结论

实地测试后，该系统可以有效的实现楼宇温度检测与控制.并且该系统可以应用到其他设备的检测和控制，以实现楼宇智能化管理。

虽然CAN总线是一种用于分布式工业控制的串行通信网络，但该系统还可以广泛应用于其他需要实时多点测量和控制的地区。

指导教师评语

外文翻译成绩：

指导教师签字：

年月日

注：

1。

指导教师对译文进行评阅时应注意以下几个方面：

①翻译的外文文献与毕业设计（论文）的主题是否高度相关，并作为外文参考文献列入毕业设计（论文）的参考文献；②翻译的外文文献字数是否达到规定数量（3000字以上）；③译文语言是否准确、通顺、具有参考价值。

2。

外文原文应以附件的方式置于译文之后。

DistributedBuildingTemperatureControlSystemBasedonCANBus

Abstract

ThispaperproposedakindofdistributedbuildingtemperaturecontrolsystembasedonCANBus,andhasproducedthesystemofhardwarestructuredesign,thesoftwaredesign,canexaminethebuildingtemperatureandcontroltheexceptionalonthereal-time,beindicatedthroughexperimentthatsystemisreliableandsaveenergy.

Key-Words:

-temperaturecontrol；CANBus；energysaving

1Introduction

Graduallyclimbsalongwiththetemperature,electricpowerindustrywelcomedhasusedelectricityonceayearmostseasons:

Theelectricpowerwelcomesapeaksummer.Since2003,thepowersuppliedhasbecomemoreandmoreseriousinchina.Andmoreandmorepeopleappealforbuildingenergyconservation.Airconditioning’senergyconservationisoneofthemostimportantcomponentsofbuildingenergyconservation[1].

ManypublicbuildingsairconditioningisoneofhighestenergyconsumptionsourcesinChina.TakeBeijingastheexample,in2005,althoughtheBeijinglarge-scalepublicbuildingonlyaccountsforthewholecitycivilconstructiontotalarea5.4%,butwholeyearthetotalpowerconsumptionactuallyachieved3.3billionkilowatts[2],approachallinhabitantstoliveuseelectricityonehalf,accordingtothepreliminaryunderstanding,Beijing'spublicbuildinggenerallycanachievedtoenergysavingfor30%to50%throughtechnologytransformation,Oneofmostimportantmethodisthroughthereal-timeexaminationbuildinginteriortemperaturetocontrolbuildinginairconditioning.

2Theprincipleofsystemstructureandhardwaredesign

Regardingthedifferentbuilding,itsinternalroomdistributesandconstructsisdifferent,inordertorealizethesystemconstructconveniently,thesystemusesthedistributionalstructure,BasedontheSJA1000CANcommunicationsplatforminordertorealizevariouspitchpointsreliablecommunication;Inthisfoundation,theconsoleseteachpitchpointtemperaturevaluesettingforeveryroom,andrealizetheentirebuildingtemperaturereal-timeexamination,bytheLCDdemonstrationexaminationresult,theunusualsituationisreportedbythewarningthroughspeechPropertybythesignalandcontrolledthroughthegateofairconditioning’ssystem,realizationenergyconservationgoal.Thesystemdesigngoalismeasureandcontroltemperatureinabuildingeachroom,becausemeasuredthetemperatepointandcontrolpointisdispersion,thereforethesystemusesthedistributionalstructure,TheconsoleisconnectedeachpartofcontrolpitchpointdistributinginthebuildingthroughtheCANBus.Systemstructurediagramlikefigure1shows

2.1Theconsolehardwaredesign

TheAT89C52MCUistheprimarilycontrollerinconsole,Itconnectswiththewarningmodule,thememorymodule,theclock/calendarelectriccircuitandthekeyboardmodule.itsstructuredrawingseeFigure2.

ThecontrolpitchpointalsoiscontrolledbytheMCU,connectedtemperatureexaminationmoduleandtheCANBusinterfacemodule.ThesystemhasusedtheAT89S52,itisasectionlowpowerchipthatisproducedbyATMELCorporation,has4KBin-systemprogrammable（ISP）FLASHmemoryintegrated.Thesceneprogrammingdebuggingandthesystemfunctionchangingismuchconvenientlyflexible,usingAT89S52totakethesystemthemastercontroller.Whensystemnormalwork.TheconsolesendadefinitecontroltemperaturevaluetoadesignatepitchpointDistributedinthebuildingthroughtheCANBus.Thepitchpointreceivetheconsole’sordersandreadthetemperaturedetectorDS18B20temperaturevaluedistributedineachroomthrough1-Wirebus,transmitseachroomtemperaturedataandthenumberofroomtotheconsolethroughtheCANBus.Accordingtothedefinitetemperaturevaluewhichreceivesfromconsolecontroltheairgateofair-conditioningsystemineachroom.Afterreceivethedataapitchpointsendto,theconsolereadsthetimefromreal-timeclock/calendarchipPCF8563throughtheI2CBus,withthedatawhichjustreceivedstoretothememoryAT24C128,thenprocesseachroomtemperaturevalue.Whenthevalueachievethedatawhichisestablishedfromkeyboardinadvance,theconsoleoutputwarringtothealarmcircuitonreportsthealarm.Meanwhiletheroomnumber,thetimeandthetemperaturevaluedeliverstheLEDdisplaycircuittodisplay.Everyroomalarmtemperaturevalueisestablishedthroughthekeyboardinputmodule,theconsoleprocessvalueandstoresinthememorycorrespondingtheinput.

2.2TheCANBusinterfacedesign

TheCANBuscorrespondshighas1Mb/s,themostlong-distancerangemayreach10km;TheCANBuscorrespondsusingtheshortframestructure,spendsthedatatransmissiontimeshortly,sotheprobabilitywhichdisturbedislow,andtheCANBushasgooderrordetectingmeasures,thereforeitsreliabilityishigh.IntheCANBusnetworkeachpitchpointhasanaddress,anypitchpointtheoreticallycanbeincreased,deletedinthenetworkbasedonCANBus.Inthepracticalapplication,theCANBusnetworkmostaccess110pitchpoints.Thenetworkcommunicationmethodmayforthepoint-to-pointwayorforthebroadcastway,Maybethesinglehostwayormanyhostsway.Therefore,theCANBuscorrespondencehasthesuitableflexibility.ThetransmissioncorrespondenceinformationframecanestablishthedifferentprioritybasedontheCANBusandhigherpriorityinformationframecan