引言
現代工業控制領域通常要測量很多信號，將其轉化為計算機可以識別的二進制信號，并利用計算機監視和記錄各種測量的信號。這個過程就要涉及到信號的采集和處理。CAN總線是一種串行多主總線，它卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計，特別適合工業過程監控設備的互連，因此，越來越受到工業界的重視，并已公認為最有前途的現場總線之一。本文介紹了基于STM32和CAN總線的溫度監控系統的設計，通過上位機與下位機的通信，實現對溫度數據的監控，并經初步實驗達到了設計的要求。
1 系統總體方案概述
系統總體框圖如圖1所示，本系統采用主站+從站的結構，CAN主站主要實現溫度數據的存儲以及CAN總線協議和串口協議之間的橋接，CAN 從站主要實現溫度的采集。CAN從站采集的溫度，經過CAN總線傳送到CAN主站，主站將各從站的溫度值傳送到系統上位機中。上位機對各點的數據進行實時曲線顯示并進行存儲，上位機可以設定報警值，當節點溫度超過設定值的時候，上位機發出報警聲。在沒有上位機的場合，主站將數據以文本文檔的形式存儲在主站的SD卡中。
圖1 系統總體框圖
2 系統硬件設計
2．1 CAN主站硬件設計
主站電路如圖2所示，主要有電源模塊、STM32模塊、CAN收發器模塊、RS232串口模塊和SD卡模塊。
其中STM32模塊由STM32F103RBT6和周邊時鐘、復位、調試等組成。電源模塊由外部輸入+5V電壓，經線性壓降AMS1117-3.3V后供 STM32使用。CAN收發器模塊采甩NXP的高速收發器TJA1040，TJA1040是PCA82C250的替代品，它完全符合ISO 11898標準，具有高速、低功耗、低電磁輻射的優點。RS232電平轉換芯片采用MAX3232，它具有低功耗、高數據速率以及增強型ESD保護等特性。采用專有的低壓差發送輸出級，+3.0 V至+5．5V供電時利用內部雙電荷泵保證RS-232性能。工作時，電荷泵僅需要四個100 nF的小電容。SD卡模塊采用四線制SPI總線與SD卡相連接。
2．2 CAN從站硬件設計
從站電路如圖3所示，主要有電源模塊、STM32模塊，CAN收發器模塊，PT100模塊和從站地址選擇模塊。
圖2 CAN主站電路框圖 圖3 CAN從站電路框圖
其中電源模塊、STM32模塊和CAN收發器模塊與CAN主站相同。PT100模塊，采用傳感器測量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號的穩定性，電橋的輸入電壓通過TL431穩至2．5V。從電橋獲取的差分信號通過兩級運放放大后輸入STM32的AD輸入口。從站地址選擇模塊由8位撥碼開關組成，連接到 STM32 I／O的PC6-PC13。
3 系統軟件設計
本系統軟件由CAN主站軟件、從站軟件以及Delphi上位機軟件構成。其中CAN主站和從站程序用C語言編寫，上位機程序用Obieet Pascal編寫。
3．1 CAN主站軟件設計
CAN主站的功能是發送遠程幀向從站查詢數據、通過AD的轉換結果計算芯片內部溫度傳感器的溫度值、接收從站發送的數據幀、發送溫度數據到上位機或存儲數據到SD卡。CAN主站程序如圖4所示。
圖4 CAN主站程序流程圖 圖5 寫SD卡程序流程圖
寫SD卡部分程序流程圖如圖5所示，SD卡部分主要用到了移植的FATFS文件系統提供的訪問FAT卷的應用接口(Application Interface)。主要用到了以下函數：
·f_mount-注冊／注銷一個工作區域
·f_open-打開／創建一個文件
·f_close-關閉一個文件
·f_lseek-移動／寫指針，擴展文件大小
·f_puts-寫字符串
·f_printf-寫一個格式化字符串
3．2 CAN從站軟件設計
CAN從站的主要功能是通過AD轉換器檢測PT100電橋的差分輸出電壓，然后計算得出此節點的溫度值，最后通過CAN總線傳送給CAN主站。其中只有在 CAN從站收到與自己節點號相同的主站發送的遠程幀的時候，從站CAN控制器才發出一個數據幀。CAN從站程序流程圖如圖6所示。
圖6 CAN從站程序流程圖 圖7 Delphi實時曲線部分流程圖
3．3 Delphi上位機軟件設計
本上位機軟件主要實現了五個功能：實時曲線顯示當前各從節點的溫度；打印實時曲線；將實時曲線保存為圖片；將實時曲線的數據保存為TXT文檔以及實時溫度超過報警值時報警。
本系統上位機串口通訊控件采用SPCOMM，該控件具有豐富的與串口通信密切相關的屬性及事件，支持多線程；提供了對串口的各種操作。圖形控件采用TChart，TCharc是Delphi里面一個標準的圖形顯示控件。它可以靜態設計(At Design Time)也可以動態生成。該系統設計采用的版本為TeeChart 7；實時曲線部分流程圖如圖7所示。上位機程序完成后界面如圖8所示。
圖8 上位機界面
4 結束語
本文介紹了基于STM32和CAN總線的溫度監控系統的設計，初步實驗證明，上述的硬件及軟件設計基本達到了設計要求。本系統適用于多節點、遠距離的場合，并具有實時性好、可靠性高的特點，具有一定的應用價值。