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一种基于传感器的智能谷仓的设计论文

时间：2022年12月22日

来源：大力氯

编辑：本站小编

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下面是小编帮大家整理的一种基于传感器的智能谷仓的设计论文，本文共8篇，希望对大家带来帮助，欢迎大家分享。本文原稿由网友“大力氯”提供。

篇1：一种基于传感器的智能谷仓的设计论文

一种基于传感器的智能谷仓的设计论文

提出了一套应用于谷物储存的智能谷仓设计方案，通过特定传感器和计算机程序，对进出谷仓的谷物的重量变化和位置分布进行精确估计，并通过无线局域网上传谷仓内谷物或粮食的进仓时间及位置分布到储粮调度服务器，实现谷物进出仓优化调度，通过智能传感器并利用专家知识对谷仓内储存的谷物状态进行评估，调节仓内温度湿度并及时报警，防止谷物霉变和因储存时间过长形成陈化粮，对于保证粮食安全以及优化粮食调度具有积极意义。

粮食储存过程中的质量保障是关系到国家稳定发展的重要问题。近年来发生的陈化粮流入市场等不良事件已经成为现阶段困扰我国食品安全和社会稳定的一个重要问题，对我国的粮食供应和人民健康构成严重威胁[1]。

与此同时，谷物(粮食的一种主要形态)的储存管理十分繁杂，不但耗费大量的人力和物力，而且涉及到一系列技术和设施。随着农业的发展，基于计算机网络的智能技术成为解决复杂事务管理的重要方向[2-4]。研究智能谷仓系统来实现粮食安全存储具有重要的现实意义。

1 智能谷仓的功能及控制

1.1 智能谷仓的功能

作为谷物安全存储的设施，智能谷仓除了能够实现谷物的进仓、出仓和存放等普通谷仓的功能之外，还具有两个方面的特殊功能，一方面它可以自动感知仓内谷物的储存环境和谷物储存状态，如平均进仓时间、最长进仓时间、分批进仓的量和位置分布，仓内温度、湿度变化状况，仓内是否有霉变倾向等;另一方面它可以通过专家系统根据入仓谷物的类型、入仓时间、传感器采集的各项数据，运用知识库中的专家知识对仓内谷物的状况进行综合分析和评估。

在此基础上可以实现谷物入仓和出仓调度优化。通过智能传感器可以预知仓内谷物霉变风险，根据仓内谷物类型和最长储存时间预防谷物储存时间过长而形成成化粮。此外，通过计算机系统的统计和监测降低日常管理工作强度、提高工作效率。

1.2 谷物进仓出仓控制及统计

从物理结构上看，储存谷物的智能谷仓是一个具有一个入口和一个出口的封闭罐体和相应的控制系统组成。谷仓的物理结构如图1所示。该谷仓的出口和入口由电子系统控制，不能同时打开。当入口打开时，压力传感器和处理机进入工作状态，压力传感器不断将压力变化参数传给处理器。处理机将压力参数换算成仓内谷物重量并记录时间，按照比重和谷仓内径换算成仓内谷物分布图，当压力达到临界值时自动停止谷物输入。

与此类似，当出口打开时，压力传感器和处理机进入工作状态，压力传感器不断将压力变化参数传给处理器。处理机将压力参数换算成仓内谷物重量并记录时间，按照比重和谷仓内径换算成仓内谷物分布图，当压力降低到临界值时自动显示存量谷物重量并提示停止谷物输出。

1.3 谷物储存状态检测与管理

实施谷物存储管理依赖于谷仓内设置的各类传感器和知识库内的谷物储存知识。这些传感器包括电子鼻[5-6]及温度和湿度传感器。通过温度和湿度传感器获知舱内谷物的储存温度和湿度，再通过知识库提供该类谷物的特性相关知识，评估当前温度和湿度环境是否适应当前谷物的安全存储。

通过知识库中有关该类谷物储存周期评估谷物的存储安全时间周期。通过电子鼻等智能传感器检测仓内谷物是否有异常气味来确定仓内谷物是否有霉变倾向。

1.4 谷仓与服务器的通信

处理机通过无线局域网将谷仓的编号、物理位置、谷物分布数据及谷物进出的时间上传到粮库管理中心服务器中。管理中心可以及时查询谷物的储存时间和物理位置和重量等状况，为科学的储粮调度决策提供依据。

1.5 服务器中知识库的知识组成

谷物类型知识，每种类型谷物存储期间发生霉变的原因以及防止霉变的措施，例如温度和湿度及通风等方面的要求、每种谷物的安全存储周期以及评估在存谷物质量的知识等。

1.6 服务器中谷物调度子系统

当新来谷物进仓时，记录和上传谷物的数量、类型和时间，服务器启动相应程序进行统计，以相同类型谷物放在临近谷仓或同一谷仓和保持同一个谷仓的谷物进仓时间差最小为原则，输出最佳进仓方案，这样有利于维持谷仓的储存环境管理。当有谷物出仓任务时，服务器启动相关程序，确定哪些谷仓的谷物适合出仓。在满足提取谷物在数量、类型和质量方面的要求前提下，尽可能将储存时间相对较长的谷物出仓，这样可以最大程度降低陈化粮的形成，防止管理上的失误造成仓内谷物因储存时间超期而形成陈化粮。

2 传感器、处理机及服务器的功能

2.1 传感器

智能谷仓具有一系列传感器，一类用于仓内环境监测，如温度、湿度、气味。这些传感器安装在图1所示的传感器安装柱内，可按照不同高度和位置进行布设。安装柱本身还具有通气等功能，可以独立取出，便于维修。另一类用于谷物重量变化和仓门开闭监测，如压力及仓门位置等传感器。通过这两类传感器可以使得谷仓的存储环境及时得到监测。其中谷仓的气味传感器在最近几年中取得了很大的突破，该类智能传感器被称为电子鼻[5]，是一类专门为防止谷物霉变而研制的智能传感器，使得一旦谷物有霉变倾向，谷物必然产生异常气味，电子鼻通过其布置在谷仓内若干个传感器件以及其内部的专门针对谷物霉变的分析程序及时报警，为谷物的存储提供安全保障。

将这些传感器安装在谷仓的'上中下三个层面可有效提高其对谷仓储存环境变化的敏感性。传感器的设置和位置选择如图1所示。仓内安装三组温度、湿度和气味传感器，用于实时探测谷仓内不同部位的温度、湿度、气味所处的范围;通过处理机内的程序进行平滑处理，获得仓内谷物储存环境的具体数值。传感器的安装如图3 所示。

2.2 处理机

数据处理和通信则由安装在谷仓的处理机来执行，它由嵌入式计算机、无线网卡及A/D和D/A转换模块组成，是智能谷仓的数据收集、发送及对采样数据进行预处理的执行机构。它从压力、电子鼻、温度和湿度等传感器获得参数并通过特定程序计算出谷物重量变化，从电子鼻获取检测信息进行预处理后发送至服务器，从湿度及温度传感器获取监测数据进行加权平均和噪声处理后通过无线局域网发送给服务器。此外，处理机还可以接收从服务器发来的指令，调节仓内空调、通风等设施的运行状态，维护仓内环境，适应谷物的存储。此外，处理机还通过A/D转换控制电机开启和关闭谷仓的出入口。其构成如图2所示。

压力传感器位于谷仓的底部，主要用于检测仓内谷物重量的变化。由于谷仓本身重量很大，采用减力杠杆的方式安装，在计算实际重量时将传感器获得的压力乘以杠杆的长度比就可以获得谷仓的实际重量。具体结构如图3所示。

2.3 服务器

服务器根据智能仓谷物发来的温度、湿度、重量、及电子鼻获得的参数，针对仓内储存的谷物的重量、类型、平均存储时间，利用特定的计算机程序计算出仓内增加或减少的谷物重量及各批次进入谷仓的谷物在谷仓内的分布状况及谷物在仓内堆积高度。通过近似的分布图展示在服务器界面上，使管理员可以在管理中心浏览各个谷仓的存储状况。

服务器利用其知识库内的专家知识，综合季节、天气等因素，评估仓内谷物是否具有霉变风险，评估仓内谷物的湿度及温度环境是否适应该类谷物的存储。如果不适应仓内谷物的存储，应调节仓内的温度和湿度及采取相应措施。并将这些数据通过无线网卡传送到主服务器。

3 工作流程

3.1 处理机程序及工作流程

3.1.1 通信程序每天定时将谷仓谷物所存谷物进入时间批次和每批次进入的重量发送给陈化粮监管服务器;定时将谷仓温度，湿度，气味参数传送给服务器。接收服务器发送来的温度、湿度调节指令，调节仓内储存环境。

3.1.2 谷物重量及分布位置估算方法当有一批谷物进仓时，仓内谷物分布会发生改变，其估计公式如下：

进仓谷物净高度=谷物比重÷谷仓底面积;

谷物进入谷仓前谷物高度=谷物进入谷仓前重量÷谷仓底面积;

进仓谷物相对于谷仓底部高度=谷物进入谷仓前谷物高度+进仓谷物净高度;

进仓谷物分布范围=谷物进入谷仓前谷物高度-进仓谷物相对于谷仓底部高度;

当有一批谷物出仓时，仓内谷物分布会发生改变，其估计公式如下：

出仓谷物净高度=谷物比重÷谷仓底面积;

谷物进入谷仓前谷物高度=谷物出谷仓前重量÷谷仓底面积;

出仓谷物相对于谷仓底部高度=谷物出谷仓前谷物高度+出仓谷物净高度;

出仓谷物分布范围=谷物进入谷仓前谷物高度-出仓谷物相对于谷仓底部高度;

谷仓内谷物储存平均时间=(第1层谷物重量×第1层谷物存储时间+第2层谷物重量×第2层谷物存储时间+…第n层谷物重量×第内n层谷物存储时间)÷仓内谷物总重量;

出入口控制程序：当出口按钮通电时，检查入口是否处于关闭状态，如果处于关闭状态则启动开启电机打开谷仓出口;当入口按钮通电时，检查出口是否处于关闭状态，如果处于关闭状态则启动开启电机打开谷仓入口。

如果入口打开则处理器启动图4对应的程序流程图工作，如果出口打开则处理器启动图5边对应的程序流程图工作。通过对历次增加和减少的谷物重量的统计以及谷物的比重可以估算出谷仓内每次存入的谷物的重量和位置。由于采用先进先出的顺序，谷仓底部的谷物保存的时间最长，因此一旦某谷仓底部的谷物接近存放极限值，则服务器更具智能谷仓提供的数据可以及时向管理员报警。

4 结语

智能谷仓的管理员通过服务器中的数据可及时掌握粮食储存状况：(1)共有多少谷物在储存。(2)保存时间1～3月的谷物量及位置分布，3～6月的谷物量及位置分布，7～9月的谷物量及位置分布。管理员可以根据粮食的储存状况优化出库顺序，防止谷物陈化事件发生，保障出仓谷物质量达到国家标准。

服务器知识库的建立需要有经验的专家进行密切配合，尤其是针对不同类型的谷物，发生霉变和陈化的诱因和时间有很大的差异，不能一概而论之;此外处于不同的地理位置，谷物的存储期间质量保证的措施也应当因地制宜，对于具体问题应当根据以往的经验形成针对性强的具体对策。

电子鼻的性能对于智能谷仓对谷物霉变的预防和监测非常重要，这类智能传感器目前还没有统一的国际或国家标准，因此在应用时应当根据所储存的谷物事先进行实验和校对，只有当试验结果符合预期时方能投入使用。

篇2：智能传感器的设计

【摘要】电子自动化产业的迅速发展与进步促使智能传感器技术日趋发展，国内外一些企业已经大力开展有关集成智能传感器的研制，并取得了令人瞩目的发展。本文针对智能传感器的发展与设计进行了探讨。

【关键词】智能传感器;发展;设计;自动化

智能传感器系统是一门现代综合技术，是当今世界正在迅速发展的高新技术，所以我们应该掌握只能传感器的设计，从而推动我国自动化的发展。

篇3：智能传感器的设计

针对智能传感器的小型化、智能化、网络化的发展趋势，我们应该设计一种多功能集成的智能传感器。智能传感器的实现是在传感器、计算机、信号处理、网络控制等技术的基础上发展起来的, 它综合了上述这些技术, 并随这些技术的发展而发展。在智能传感器的设计上, 首先要考虑与外界环境相关的一些物理量信号, 这些物理量信号通过敏感元器件转化为模拟信号, 对这些模拟信号的检测要求满足实时性和准确性的要求。

在智能传感器的设计中应采用高精度的数据采集芯片。它的功能是以比较低的成本获得极高的分辨率，芯片上集成有多路开关、可编程增益放大器、增益及零点校正等, 可以直接处理传感器输出的微弱信号, 这样不但简化了设计, 而且在提高系统性能的同时降低了成本。

2.1 系统结构及组成

只能传感器系统由以下3 部分组成：传感模块、信号处理模块和通讯模块。

2.1.1 传感模块

传感模块将各种物理量转换为电量，主要由具体的传感单元来实现，如温湿度传感单元、光敏传感单元及气敏传感单元等，其输出包括模拟量、数字量、开关量等。它需要对信号进行检测，这主要是通过对MAX1400的编程来实现的。MAX1400内部各部分电路的工作状态由一组内部寄存器控制。这些内部寄存器包括8个可单独寻址的寄存器。其中通信寄存器主要控制对内部寄存器的访问;两个全局设置寄存器主要用来选择模拟输入通道、设置调制频率、数字抽取滤波器抽取因子、数字滤波器频率响应和其他工作状态;特殊功能寄存器用于控制整个器件;3个传输函数寄存器分别用来设置对应于3个模拟输入通道的PGA 增益和DAC 偏移量;数据寄存器用于保存转换结果。

2.1.2 信号处理模块

信号处理模块以微处理器为核心，主要完成A\\D 转换、数字信号处理和数据输出调度。从智能传感器高可靠性、低功耗、微体积等特点来考虑，选用Winbond 公司的W78E58 单片机，该型号的单片机性价比高、速度快、程序空间大，能很好地满足设计要求。信号处理单元包含微处理芯片和存储器。一方面用来存储传感器的物理特征: 偏移、灵敏度、校准参数,甚至传感器的厂家信息，另一方面微处理器需要根据实际的需要对传感器的输入进行处理和变换, 用来实现数据的处理和补偿, 以及输出校准。网络接口实现智能传感器之间以及它们与检测控制设备之间的互连, 设计中必须保证网络中所有的节点能够满足共同的协议, 实现即插即用功能, 它是对网络中的每个设备最基本的要求。

2.1.3 通讯模块

通讯模块用来实现本地数据的远程传送及接收远程控制命令等。工业应用中采用的网络形式有多种，现在一般都采用各种现场总线等，我们可以在PC 机上广泛使用的TCP\\IP 协议，这是因为TCP\\IP协议已经成为计算机网络通信中的事实标准协议, 它具有开放性、低成本、高速度、高可靠性等特点, 而且连网方便, 有众多的应用和开发软件。实现网络接口的方式一般有两种: 软件方式和硬件方式。软件方式是开发者将所采用的协议模式嵌入到特定的芯片中，这种方式的优点是成本低，但实施起来具有一定的困难;硬件方式是直接使用已经嵌入了协议的芯片，使用这些芯片操作简单、使用方便，但它所需要的成本太高，利用这些芯片组网动辄几千元。综合考虑实现的方便性及设备的成本问题, 这里采用的是软硬件结合的方式，就是把协议写入到单片机中，用单片机驱动8029 芯片的网卡来实现网络接口。

2.2 智能传感器软硬件结构的设计

硬件结构的设计：智能传感器的硬件结构应该包含网络化接口, 这样便于与远程Internet 进行通讯的实现，复杂可编程逻辑器件用于进行单片机与网络芯片8029 之间的逻辑转换，AM 作为收发网络数据缓冲区，EEPROM 用于存放断电需保存的数据, 如本机IP 地址、网关IP 地址等, 这些设置都是智能传感器的硬件结构设计中所必须的设备。

软件结构的设计：只能传感器软件设计中的网络接口的实现，采取的是软硬件结合的形式，微处理器2是整个软件设计的核心。一方面, 它要处理传统传感器部分传过来的数据;另一方面, 它要根据IP 地址和端口把待发送的数据压缩成能直接在Internet 传输的数据包送给网络芯片8029 发送, 又要根据8029 芯片的逻辑时序, 对8029 进行控制, 实现网络数据的发送和接收。由上分析可知, 网络接口设计的关键在于完成对待收发数据的解包打包及实现对8029 芯片的控制。

3 结语

智能传感器是测量技术、半导体技术、计算技术、信息处理技术、微电子学、材料科学互相结合的综合密集型技术。我们需要对其进行进一步的研究，从而与国际自动化技术水平接轨。

参考文献：

[1]王汝文, 宋政湘, 杨伟. 电器智能化原理及应用[M ]. 北京: 电子工业出版社, .

[2]刘光斌, 刘冬, 姚志诚. 单片机系统实用抗干扰技术[M ]. 北京: 人民邮电出版社, 2003

篇4：智能传感器的设计

1.1 朝着高精度方向发展

随着自动化生产模式的再扩大，对智能传感器的技术水平要求也在不断提高, 高精度的智能传感器是生产自动化的可靠性的有效保障，研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型智能传感器是其未来发展的不然趋势。

1.2 朝着高可靠性、宽温度范围方向发展

由于智能传感器的可靠性对电子设备的抗干扰等性能具有直接的影响，我们需要研究发现新的材料，利用新型材料研制基本传感器。基本传感器是智能传感器的基础, 它的制作及其性能对整个智能传感器影响甚大。除硅材料具有优良的物理特性, 能够方便地制成各种集成传感器。此外还有功能陶瓷、石英、记忆合金等都是制作传感器的优质材料。用来研制高可靠性、宽温度范围的智能传感器，来抵抗电磁对它的干扰。

1.3 朝着微型化方向发展

当下，各种控制仪器设备在功能越来越强的同时，还要求体积的微型化，智能传感器当然也不是一个例外。这就要求发展新的材料及微细的加工技术。近年来，微加工技术日趋成熟，可以加工高性能的微结构传感器、ASIC 制作技术, 也可用于制造智能传感器。来研制出体积非常小、互换性可靠性都较好的智能传感器。

1.4 朝着微功耗及无源化方向发展

智能传感器是利用非电量向电量转化的原理制成的，电源是其正常工作的必备品，一旦是在野外现场或远离电网的工作环境，电池供电或太阳能供电将成为智能传感器应用的电源，既可以节省能源又可以提高系统寿命的智能传感器是现在所急需的，这也就决定了研制微功耗的传感器及无源传感器将是智能传感器必然的发展方向。

1.5 朝着智能化数字化方向发展

由于我国自动化技术的进步，智能传感器的功能已不再受传统的功能的束缚, 对智能传感器的要求即输出的不再仅仅是单一的模拟信号，而是经过微电脑处理好后的数字信号，这些数字信号有的附带一定的控制功能，这也是智能传感器发展的趋势。

1.6 朝着网络化方向发展

近几年来，网络的.作用和优势已经逐步凸显出来，智能传感器的网络化也占有越来越重要的位置。网络化的智能传感器将不仅会促进我国电子科技的不断发展与进步，更能把智能传感器在全球范围内进行普及。

篇5：传感器的优化设计论文

1结构解耦优化设计

根据上面的原理可知，基于Stewart结构的六维力传感每一个支路如果只受到拉压方向的力，则测量的结果将比较准确，如果有耦合力进入该支路传感器，则由于耦合的影响，传感器的精度会降低，并且耦合因素是降低传感器精度的一个重要原因，因此，就需要设计合理的结构将耦合应力影响降到最小，从而提高测量精度。本文在结构解耦设计上，主要在2个方面进行改进:一是尽量减少耦合力的引入;另一方面是尽量提高结构的抗耦合能力。

1．1支路去耦结构优化设计

传感器维间耦合的产生是在主测量载荷作用时会伴随着非测量方向载荷的干扰影响。根据Stewart六维力传感器的特点与工作原理，传感器耦合形式主要是各支路传感器会受到额外的弯曲和沿轴线的扭转作用。对此，本文设计了一种支路传感器去耦结构可以很好地减小耦合扭曲、弯曲的影响。它由球头球窝组件、十字槽链接杆部件等部分构成，如图2所示。设计思路如下:1)将传统的球铰面接触改为锥头球窝的点接触，连接杆一端为锥状半球型，套入在半球形的窝中，基本实现点接触，这样，在对传感器施加力时，力比较集中，大大减小了杂散力的影响，提高了载荷传递的稳定性，并且通过接触面的减小降低了耦合影响。2)在连接杆上加工可等效为弹性铰链的正交十字槽结构，当有弯曲力矩施加到支路传感器上时，由于有弹性铰链效应，弯曲力矩的影响将会大大减小，使得力传递基本上按照设计的方向进行，力的传递越集中，传感器的精度就越高。

篇6：传感器的优化设计论文

为了提高传感器整体抗耦合性，各支路传感器结构须具有很好抗扭、抗弯曲能力。本文根据力学分析，将板环结构改为圆环内嵌十字梁结构，圆环内嵌十字梁结构集合了板环结构线性好、输出灵敏度高、刚性好的优点，同时具备工作区应变稳定、对称、抗弯曲、抗扭转等特性。其力学模型如图3所示。圆环内嵌十字梁结构测量的是梁上的拉/压应力，当环受拉向或压向载荷作用时，垂直与水平直径位移方向相反，在十字梁的根部(图3(b)中1，2，3，4处)会产生弯曲和拉伸两类变形，其中拉伸应变可通过全桥接线测量，环上的弯曲应力具有很好的对称性，因此，传递到梁上的工作应变为纯拉/压应变，工作应变区如图3(b)的1，2，3，4处。本文利用Solidworks软件为对优化前后样机进行仿真受力分析，比较工作区应变，验证优化结构的合理性。仿真时对优化前后的传感器都进行装配体受力分析，严格按照实际参数(材料、约束、配合、载荷)进行仿真。载荷施加方法:在轴向载荷基础上附加额外的弯矩与扭矩，测试其对工作应变区影响。两结构施加载荷大小、方向、作用点都一致，其中对于扭矩加力，是直接施加于上端铰座面上;对于弯矩加力，是在同一面上施加侧向力荷来等效，如图4。根据仿真的结果，得到的数据由表1所示。由仿真数据可得:1)优化后支路传感器的抗耦合力矩能力明显强于未优化传感器的抗耦能力。比如:在附加100力矩时，优化后的传感器其微应变值增加了(1105－951)×10－6=154×10－6，而未优化的传感器微应变值增加了(1510－956)×10－6=554×10－6，因此，优化后的结构其抗扭能力大大加强。2)优化后支路传感器的抗侧向力的能力明显强于未优化传感器的抗侧向能力。比如:在附加测向力为200N时，优化后的传感器其微应变值增加了(1215－951)×10－6=264×10－6，而未优化的传感器微应变值增加了(1460－956)×10－6=504×10－6，因此，新结构抗侧向力效果明显。2．3支路传感器的优化结构根据以上的.分析结果，新的支路传感器利用了各种去耦方式，得到的总体结构如图5所示。

2六维力传感器的标定

依据要研制的传感器量程和精度，设计了相应的标定系统，该系统的实现主要是通过比对的方法来进行，在施加力的路径上串联一个高精度的S型传感器，精度为0．03%，满足本系统要求。将优化前后传感器在完全相同的试验条件下进行加载并记录测量结果，利用线性解算法求解各自的映射关系矩阵，最后验证比对测量精度。试验标定过程中对传感器6支路通道依次进行标定，每路各取不少于6个标定点，并进行递增、递减加载各3次，然后对递增、递减的标定数据进行均值化处理即为最终的标定数据。对于六维力传感器，解耦的优劣和传感器的精度息息相关，一个方向的加载很难对传感器的解耦能力做出全面的评价，截至目前为止，大部分的论文只是在试验时只是加载了一维力，只有个别的文章提及到二维加载［11］，还没有三维加载的试验数据。本文为了验证传感器的耦合情况，进行了三维复合加载，标定数据见表2～表4。

3结束语

本文设计了一种基于AT89S52单片机和DS18B20数字温度传感器的温度采集报警系统，对软硬件设计进行详细说明。该设计具有结构简单、精度高和稳定性好等优点，适用于粮仓、电力机房、轴瓦、空调、冰箱和工农业等领域，DS18B20单总线和多点式测温特点使其扩展性加强，具有广阔的市场前景。

篇7：基于82527的CAN总线智能传感器节点设计

基于82527的CAN总线智能传感器节点设计

摘要：介绍一种以8051微控制器和82527独立CAN总线控制器为核心组成的CAN总线智能传感器节点的设计方法，并给出其硬件原理图和初始化程序。

关键词：CAN总线 82527 单片机数据采集智能节点

引言

CAN（Controller Area Network，控制局域网）属于工业现场总线，是德国Bosch公司20世纪80年代初作为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器间的数据交换而开发的一种通信协议。1993年11月，ISO正式颁布了高速通信控制局域网（CAN）的国际标准（ISO11898）。CAN总线系统中现场数据的采集由传感器完成，目前，带有CAN总线接口的传感器种类还不多，价格也较贵。本文给出一种由8051单片机和82527独立CAN总线控制器为核心构成的智能节点电路，在普通传感器基础上形成可接收8路模拟量输入和智能传感器节点。

(本网网收集整理)

1 独立CAN总线控制器82527介绍

82527是Intel公司生产的独立CAN总线控制器，可通过并行总线与Intel和Motrorola的控制器接口；支持CAN规程2.0B标准，具有接收和发送功能并可完成报文滤波。82527采用CHMOS 5V工艺制造，44脚PLCC封装，使用温度为-44～+125℃，其引脚的排列和定义参见参考文献[1]。

（1）82527的时钟信号

82527的运行由2种时钟控制：系统时钟SCLK和寄存器时钟MCLK。SCLK由外部晶振获得，MCLK对SCLK分频获得。CAN总线的位定时依据SCLK的频率，而MCLK为寄存器操作提供时钟。SCLK频率可以等于外部晶振XTAL，也可以是其频率的1/2；MCLK的频率可以等于SCLK或是其频率的1/2。系统复位后的默认设置是SCLK=XTAL/2，MCLK=SCLK/2。

（2）82527的工作模式

82527有5种工作模式：Intel方式8位分时复用模式；Intel方式16位分时复用模式；串行接口模式；非Intel方式8位分时复用模式；8位非分时复用模式。本文应用Intel方式8位分时复用模式，此时82527的30和44脚接地。

（3）82527的寄存器结构[2]

82527的寄存器地址为00～FFH.下面根据需要对寄存器给予介绍。

①控制寄存器（00H）：

765432100CCE00EIESIEIEINIT

CCE――改变配置允许位，高电平有效。该位有效时允许CPU对配置寄存器1FH、2FH、3FH、4FH、9FH、AFH写操作。

EIE――错误中断允许位，高电平有效。该位一般置1，当总线上产生异常数量的错误时中断CPU。

SIE――状态改变中断允许位，高电平有效。该位一般置0。

IE――中断允许位，高电平有效。

INIT――软件初始化允许位，高电平有效。该位有效时，CAN停止收发报文，TX0和TX1为隐性电平1。在硬件复位和总线关闭时该位被置位。

②CPU接口寄存器（02H）：

76543210RSTSTDSCDMCPWDSLEEPMUX0CEN

RSTST――硬件复位状态位。该位由82527写入，为1时硬件复位激活，不允许对82527访问；为0时允许对82527访问。

DSC――SCLK分频位。该位为1，SCLK=XTAL/2；为0，SCLK=XTAL。

DMC――MCLK分频位。该位为1，MCLK=SCLK/2；为0，MCLK=SCLK。

PWD――掉电模式使能位，高电平有效。

SLEEP――睡眠模式使能位，高电平有效。

MUX――低速物理层复用标志位。该位为1，ISO低速物理层激活，PIN24=VCC/2，PIN11=INT#（＃表示取反）；该位为0，PIN24=INT#，PIN11=P2.6。

CEN――时钟输出允许位，高电平有效。

③标准全局屏蔽寄存器（06～07H）。该寄存器用于具有标准标识符的报文，或XTD置0的报文寄存器。该方式称为报文接收滤波。当某位为1时，报文标识符的相应位必须匹配；为0时，不必匹配。

④扩展全局屏蔽寄存器（08～0BH）。该寄存器用于扩展报文格式，或XTD置1的报文寄存器，其作用与③相同。

765432100COBYPOL0DCT10DCR1DCR0

⑤总线配置寄存器（2FH）：

COBY――旁路输入比较器标志位，高电平有效。

POL――极性标志位。为1，如果旁路输入比较器，RX0的输入逻辑1为显性，逻辑0为隐性；为0，则反之。

DCT1――TX1输出切断控制位。为1，TX1输出不被驱动，该模式用于1根总线的情况，2根差分导线短路；为0，TX1输出被驱动。

DCR1――RX1输入切断控制位。为1，RX1与输入比较器的反相端断开，接至VCC/2；为0，RX1接至输入比较器反相端。

DCR0――RX0输入切断控制位。作用与DCR1相同，此时RX0接至比较器同相端。

76543210SJWBRP

⑥位定时寄存器0（3FH）；

SJW――同步跳转宽度位场，编程值1～3。

BRP――波特率分频位场，编程值0～63。

76543210SPLTSEG2TSEG1

⑦位定时寄存器1（4FH）：

SPL――采样模式标志位。1表示每位采样3次；0表示每位采样1次。

TSEG1――时间段1位场，编程值2～15。

TSEG1――时间段2位场，编程值1～7。

波特率=XTAL/[(DSC+1)*(BRP+1)*（3+TSEG1+TSEG2）]

⑧报文寄存器（把每个寄存器的`第1字节地址作为基址BASE）。

76543210BASE+0MSGVALTXIERXIEINTPNDBASE+1RMTPNDTXRQSTMSGLST/CPUUPDNEWDAT

◇控制寄存器0，1（BASE+0，BASET+1）

MSGVAL――报文寄存器有效标志位，高电平有效。10置位，01复位。

TXIE――发送中断允许标志位，高电平有效。10置位，01复位。

RXIE――接收中断允许标志位，高电平有效，10置位，01复位。

INTPND――中断申请标志位，高电平有效。10置位，01复位。

RMTPND――远程帧申请标志位，高电平有效。10置位，01复位。

TXRQST――请求发送标志位，高电平有效。10置位，01复位。

MSGLST――报文丢失标志位，只用于接收报文寄存器。10表示未读报文被新报文覆盖，01表示未覆盖。

CPUUPD――CPU更新标志位，只用于发送报文寄存器。10报文不被发送，01报文可发送。

NEWDAT――新数据标志位。10表示向寄存器写入了新数据，01表示无新数据写入。

◇仲裁寄存器0，1，2，3（BASE+2-BASE+5）

存储报文标识符。

76543210DLCDIRXTD保留

◇报文配置寄存器（BASE+6）

DLC――数据长度编码，编程值0～8。

DIR――方向标志位。1发送，0接收。

XTD――标准/扩展标识符标志位。1扩展标识符，0标准标识符。

◇数据寄存器（BASE+7-BASE+14）

82527存储报文时，8个数据字节均被写入，未用到的字节数据是随机的。

2 硬件电路设计

智能节点的电路如图1所示（图中6264略去）。

在硬件设计中，由ADC0809完成对8路模拟置的转换，与8051的信息交换采用查询方式，地址BFF8～BFFFH，其时钟可由ALE二分频获得；82527完成与CAN总线的信息交换。本设计中，旁路了输入比较器，与8051的信息交换采用中断方式，地址7F00～7FFFH，可以用82527的P1口和P2口对开关量采集或对继电器进行控制。82C250提供82527和物理总线间的接口，提高接收和发送能力。可根据需要扩展程序存储器。

3 软件设计

本设计软件采用MCS-51汇编语言编写，程序框图如图2所示。

82527的初始化程序如下：

INT：MOV DPTR，＃0FF02H

MOV A，＃00H

MOVX @DPTR，A ；SCLK=XTAL

；MCLK=SCLK,CLKOUT无效

MOV DPTR，＃0FF00H

MOV A，＃41H

MOVX @DPTR，A ；置位CCE，INIT

MOV DPTR，＃0FF2FH

MOV A，＃48H