基于CAN总线温湿度监控系统的设计

　　1　引言

　　在楼宇、仓库等重要的场所,保持区域内温湿度在所需要的合理范围,是保证人员和设备安全的重要措施。传统的温湿度监控一般是由工作人员根据现场情况手动启停设备进行通风除湿,控制的随意性很大、效果很差。随着很多场合对温湿度环境稳定性和监控自动化要求的提高,这种传统的方式急需改变。本文结合现场总线技术[4~5]、PLC技术、组态软件技术[6~7],设计了一种简单适用温湿度自动化监控系统。

　　2　监控系统的方案

　　温湿度监控包括温湿度的全范围监视和自动控制两个部分。其中温湿度监视主要由分布区域内的多个温湿度传感器采集,温湿度控制由PLC驱动通风除湿设备完成,传感器信号通过现场总线和PLC相连;温湿度控制主要由PLC根据采集的温湿度情况驱动风机除湿机完成。温湿度监控系统总体结构如图1。

       现场总线采用CAN总线[3~5]。CAN总线是德国Bosch公司从80年代初开发的一种串行数据通信协议,遵循ISO/OSI模型,采用了其中的物理层、数据链路层与应用层。CAN是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络,可以多种方式工作,通信方式灵活;通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤,直接通信距离最远可达10Km(传输速率为5Kbps),最高通信速率可达1Mbps(传输距离为40m),节点数实际可达110个,CAN每帧信息都有CRC校验及其它检错措施,有效地降低了数据的错误率。这种基于现场总线的分布式监控系统结构层次分明,便于扩展和维护,有效解决了传感器分散的问题,具有实时、灵活、高效、易于重构等明显优点。

　　3　系统主要功能模块的实现

　　3.1　基于CAN接口的智能传感器的实现

　　现场智能节点主要实现现场的温湿度采集、显示与传输。因此温度检测节点由传感器电路、信号调理电路、单片机应用系统、现场显示电路、CAN总线接口等构成。节点的原理如图2所示。

　　本节点的核心MCU是PIC16F87x,是Mi-crochip公司推出的低功耗8位单片机。PIC16F87x拥有精简指令集,执行速度为200ns。CAN控制器采用Microchip公司的MCP2510,总线驱动器采用PCA82C250,总线隔离电路采用光耦6N317,信号调理电路采用LF412。为了增强现场采集的抗干扰性能,采样时在软硬件上均采取了一些冗余和容错处理。在A/D模块处理采样数据时,采用了软件滤波措施,以滤除电路中可能会出现的尖峰干扰。采样方法为连续采样五次,通过比较判断,去掉其中的最大值和最小值,其余三次的值求和后取平均值。

　　3.2　基于PLC的通风除湿设备自动控制实现

　　PLC是现场设备控制层的核心。本系统选用国内科威公司的EC-08M08R嵌入式PLC控制器,具有结构小巧,运行速度高,价格低廉及多种集成功能等特点,集成了RS485/232和CAN数据通讯端口。PLC通过梯形图编程主要完成如下几个功能:1)通过CAN总线接口采集现场传感器数据。PLC与现场CAN节点采用轮询通信方式,自动读取现场测点的数据和判断节点故障;2)通过编程口实现与上位监控计算机通信;3)通过其I/O端口实现对通风除湿设备的监控,这里设定当所有测点的温湿度平均值中任意1个参数大于其上限时,启动通风除湿设备,而温湿度平均值均小于下限时停止设备。