CN102419572A - 一种基于现场总线粮仓温湿度测控终端 - Google Patents

Abstract

一种基于现场总线粮仓温湿度测控终端，属于电工电子技术、计算机技术和自动化领域，具体涉及一种基于现场总线粮仓温湿度测控终端。本发明包括MCU控制器(1)、晶振及看门狗电路(2)、CAN总线电路(3)、湿度信号调理电路(4)、单总线电路端子(5)、隔离驱动电路(6)、电源电路(7)。本发明的目的就是解决粮仓温湿度测控，实现粮情监控系统远程测控、信息更新、状态查向和打印报表功能。

Description

一种基于现场总线粮仓温湿度测控终端

技术领域

本发明属于电工电子技术、计算机技术和自动化领域，具体涉及一种基于现场总线粮仓温湿度测控终端。

背景技术

粮食人类赖以生存的必需品，每年都有大量的新粮收获也有部分陈粮积压，如果储存不当造成大量的粮食浪费，那么会造成了巨大的经济损失，粮食安全至关重要。粮食在存储过程中的安危主要表现在粮食的温度和水分的变化，一旦粮食受潮，其新陈代谢加快而产生呼吸热，局部粮食温度升高，使粮食发生霉烂变质，只要监测粮食的温度和湿度的变化，就可以掌握粮食的情况。因此，粮食的安全储藏一直是困扰粮食管理单位的重大问题，改善粮食仓储条件，提高粮食仓储技术水平，促进粮食仓储科技进步势在必行。以往采取的措施是用人工的办法对粮食进行晾晒，通风，喷洒约剂防止因存储不当引起的虫害，消耗了大量的人力和财力，然而效果不佳，发霉变质等现象仍然存在。随着电子技术和计算机技术的发展，目前普遍采用电子和计算机对粮情测控和管理，但是仍然有很多不尽人意的问题，如抗干扰性能弱、传输数据丢失、实时性能差、上位机界面不生动形象等，针对这些情况提出一种基于现场总线粮仓监控终端，它可以和上位机组成一种基于现场总线粮情监控系统，可以减少粮食损失，增加农民收入。

现场总线控制系统技术是20世纪80年代中期在国外上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线(fieldbus)是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络，是现场通信网络与控制系统的集成。随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低，计算机与计算机网络系统正在迅猛发展和扩大。现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护，现场总线技术正越来越受到人们的重视。目前，国际上已经出现的现场总线有几百种，其中典型的有一定影响并占有一定市场份额的主要有基金会现场总线(FF)、CAN、PROFIBUS、Lonworks、HART等。CAN(Controller Area Network控制器局域网)总线最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的一种串行数据通信多主机局域网。

当前粮情监控系统还没有采用基于现场总线粮仓智能测控终端，存在着上位机界面不生动、数据传输慢、抗干扰性能差、监控不实时的缺点。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于现场总线粮仓温湿度测控终端，以解决粮情监控和数据传输问题，所述技术方案如下：一种基于现场总线粮情温湿度测控终端，所述系统包括：MCU控制器(1)、晶振及看门狗电路(2)、CAN总线电路(3)、湿度信号调理电路(4)、单总线电路端子(5)、隔离驱动电路(6)、电源电路(7)，所述湿度信号调理电路(4)输入端连接湿度传感器(9)，湿度信号调理电路(4)输出端连接MCU控制器(1)，单总线电路端子(5)输入端连接温度传感器(11)，单总线电路端子(5)输出端连接MCU控制器(1)，MCU控制器(1)和晶振及看门狗电路(2)连接，CAN总线电路(3)一端和连接MCU控制器(1)，CAN总线电路(3)另一端和现场总线(8)连接，隔离驱动电路(6)输入端连接MCU控制器(1)，隔离驱动电路(6)输出端连接接触器线圈(10)，电源电路(7)为测控终端提供电能。本发明的MCU控制器(1)的内部预存有详尽的通信协议和控制策略，MCU控制器(1)将湿度传感器(9)和温度传感器(11)采集到的数据与预存的控制阀值进行比较，给出控制信号通过隔离驱动电路(6)接通或者断开粮仓通风机接触器线圈(10)，同时根据通信协议通过现场总线(8)和管理中心计算机传递信息，从而对粮仓温湿度进行监控。所述现场总线(8)选用CAN现场总线，CAN现场总线是一种普及率很高现场总线(fieldbus)，直接通信距离最远可达10km，速率5Kbps以下，通信速率最高可达1MbPs，此时通信距离最长为40m，节点目前可达110个，通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤。

所述MCU控制器(1)选用Atmel公司的AT89C51CC01单片机，AT89C51CC0x系列单片机作为MCS-51微控制器家族的一员，其控制器的内核是51系列单片机，采用了强大的80C51指令集并成功地包括了Philips半导体SJA1000CAN控制器的PeliCAN功能，全静态内核提供了扩展的节电方式，振荡器可停止和恢复而不丢失数据，改进的1∶1内部时分频器在12MHz外部时钟频率时实现500ns指令周期，AT89C51CC01本身自有CAN总线控制器，故不需要外加CAN总线控制器。

所述晶振及看门狗电路(2)包括第二级硬件看门狗芯片2-1、晶振2-2、电容C1、电容C2，第二级硬件看门狗芯片2-1选用X25045芯片，X25045芯片的S0引脚和MCU控制器(1)的P3.0引脚连接，X25045芯片的SI引脚和MCU控制器(1)的P3.1引脚连接，X25045芯片的SCK引脚和MCU控制器(1)的P3.2引脚连接，X25045芯片的RST引脚和MCU控制器(1)的RSET引脚连接，晶振2-2的一端和MCU控制器(1)的XTAL1引脚连接后再和电容C1连接，晶振2-2的另一端和MCU控制器(1)的XTAL2引脚连接后再和电容C2连接。

所述CAN总线电路(3)包括光电耦合器3-1、光电耦合器3-2、CAN总线收发器3-3、防雷击管3-4、防雷击管3-5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C3、电容C4、CAN总线节点3-6。光电耦合器选用高速光耦隔离6N137芯片，在此用2片6N137芯片，MCU控制器(1)的TXDC引脚通过电阻R1和一片6N137光电耦合器3-1芯片IN引脚连接，MCU控制器(1)的RXDC引脚和另一片6N137光电耦合器3-2芯片OUT引脚连接，CAN总线收发器3-3选用TJA1050芯片，一片6N137光电耦合器3-1芯片OUT引脚连接TJA1050芯片引脚TXD，另一片6N137光电耦合器3-2芯片IN引脚通过电阻R2连接TJA1050芯片引脚RXD，TJA1050芯片的CANH引脚通过电阻R3、电容C3、防雷击管3-4与CAN总线节点3-6相连，TJA1050芯片的CANL引脚通过电阻R4、电容C4、防雷击管3-5与CAN总线节点3-6相连。

所述湿度信号调理电路(4)将湿度传感器(9)0.96～3.90V电压信号调理成0.00～5.00V电压信号，湿度传感器(9)选用美国霍尼韦尔(Honeywell)公司生产的HIH-4000-1芯片，这是一型具有激光调整互换型的容性变化的单片集成电路，其输出电压与RH值呈线性关系，粘度高，响应时间快，漂移小。在标准工作电压(Dc5V)和标准室温(25℃)下，随着RH值从0～100％，对应的输出电压从0.196～3.190V。测量湿度范围为0～100％RH，精度为±3.5％RH，工作温度范围为-40～+85℃，2个湿度点通过2路湿度信号调理电路(4)一个和MCU控制器(1)的P1.0连接，另一个和MCU控制器(1)的P1.1连接，以便MCU控制器(1)A/D转换器能够接收信号。

所述单总线电路端子(5)起到连接现场总线控制终端和温度传感器(11)作用，单总线电路端子(5)包括单总线5-1、单总线接线端子(5)、MCU控制器(1)的P0口8个引脚接口5-2、MCU控制器(1)的P2口8个引脚接口5-3，单总线是DALLAS公司的一项专有技术，单总线，顾名思义，只有一根数据线，它采用单根信号线既传输时钟又传输数据，而且数据的传输是双向的，能在现场采集温度数据，并将测量到的温度数据直接转换成数字量输出以串行数字信号输出，易与微控制器连接，它具有节省I/O口线资源，结构简单，成本低廉，便于总线扩展和维护的优点，单总线接线端子(5)共16个端子，每个输入端子分别接到8路温度传感器，在此最大16×8＝128路温度测量点。

所述温度传感器(11)选用美国DALLAS公司生产的新型单总线数字温度传感器芯片DS18B20，它具有结构简单，不需外接元件，采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据，并可由用户设置温度报警界限的特点，DS18B20在食品库、冷库、粮库、温室等需要控制温度的温控系统中得到广泛的应用，因此采用DS18B20，它有两种供电方式：直接供电和寄生供电，在此采用直接供电方式。

本发明的有益效果是：

1.控制实时性能好。

2.电路简单高效，抗干扰能力强。

3.电缆线少，便于应用，成本低。

4.不仅可以应用粮仓温湿度测控，也可以应用其它仓储设施温湿度监控系统的测控终端。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为本发明晶振及看门狗电路连接示意图。

图3为本发明CAN总线电路结构示意图。

图4为本发明湿度信号调理电路结构示意图。

图5为本发明单总线电路端子结构和温湿度传感器连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明进一步详细说明。

第一步：如图1所示和如图2所示，基于现场总线粮仓温湿度测控终端上电以后通过第二级硬件看门狗芯片2-1的RST引脚作用对基于现场总线粮仓温湿度测控终端的MCU控制器(1)进行初始化。

第二步：如图3所示，基于现场总线粮仓温湿度测控终端根据内部预存有详尽的通信协议通过CAN总线电路(3)和管理中心计算机通信，管理中心计算机还将通过CAN总线电路(3)对基于现场总线粮仓温湿度测控终端的粮情各个参数进行设定。

第三步：如图4所示和如图5所示，基于现场总线粮仓温湿度测控终端的MCU控制器(1)通过单总线电路端子(5)和湿度信号调理电路(4)采集温度和湿度信息。

第四步：基于现场总线粮仓温湿度测控终端的MCU控制器(1)根据采集温湿度信息和内部预存有详尽的控制策略控制隔离驱动电路(6)来改变粮仓通风机的开关状态，从而可以调节粮仓的温湿度。

第五步：基于现场总线粮仓温湿度测控终端把采集温湿度和隔离驱动电路(6)信息通过通过CAN总线电路(3)实时传输到管理中心计算机，同时还可以接收管理中心计算机通过CAN总线电路(3)发出的指令。

Claims (5)

1.一种基于现场总线粮仓温湿度测控终端，其特征在于：包括MCU控制器(1)、晶振及看门狗电路(2)、CAN总线电路(3)、湿度信号调理电路(4)、单总线电路端子(5)、隔离驱动电路(6)、电源电路(7)，所述湿度信号调理电路(4)输入端连接湿度传感器(9)，湿度信号调理电路(4)输出端连接MCU控制器(1)，单总线电路端子(5)输入端连接温度传感器(11)，单总线电路端子(5)输出端连接MCU控制器(1)，MCU控制器(1)和晶振及看门狗电路(2)连接，CAN总线电路(3)一端和连接MCU控制器(1)，CAN总线电路(3)另一端现场总线(8)连接，隔离驱动电路(6)输入端连接MCU控制器(1)，隔离驱动电路(6)输出端连接接触器线圈(10)，电源电路(7)为测控终端提供电能。

2.如权利要求1所述的一种基于现场总线粮仓温湿度测控终端，其特征在于：所述晶振及看门狗电路(2)包括第二级硬件看门狗芯片2-1、晶振2-2、电容C1、电容C2，第二级硬件看门狗芯片2-1选用X25045芯片，X25045芯片的SO引脚和MCU控制器(1)的P3.0引脚连接，X25045芯片的SI引脚和MCU控制器(1)的P3.1引脚连接，X25045芯片的SCK引脚和MCU控制器(1)的P3.2引脚连接，X25045芯片的RST引脚和MCU控制器(1)的RSET引脚连接，晶振2-2的一端和MCU控制器(1)的XTAL1引脚连接后再和电容C1连接，晶振2-2的另一端和MCU控制器(1)的XTAL2引脚连接后再和电容C2连接。

3.如权利要求1所述的一种基于现场总线粮仓温湿度测控终端，其特征在于：所述CAN总线电路(3)包括光电耦合器3-1、光电耦合器3-2、CAN总线收发器3-3、防雷击管3-4、防雷击管3-5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C3、电容C4、CAN总线节点3-6，光电耦合器选用高速光耦隔离6N137芯片，在此用2片6N137芯片，MCU控制器(1)的TXDC引脚通过电阻R1和一片6N137光电耦合器3-1芯片IN引脚连接，MCU控制器(1)的RXDC引脚和另一片6N137光电耦合器3-2芯片OUT引脚连接，CAN总线收发器3-3选用TJA1050芯片，一片6N137光电耦合器3-1芯片OUT引脚连接TJA1050芯片引脚TXD，另一片6N137光电耦合器3-2芯片IN引脚通过电阻R2连接TJA1050芯片引脚RXD，TJA1050芯片的CANH引脚通过电阻R3、电容C3、防雷击管3-4与CAN总线节点3-6相连，TJA1050芯片的CANL引脚通过电阻R4、电容C4、防雷击管3-5与CAN总线节点3-6相连。

4.如权利要求1所述的一种基于现场总线粮仓温湿度测控终端，其特征在于：所述湿度信号调理电路(4)2个湿度点通过2路湿度信号调理电路(4)一个和MCU控制器(1)的P1.0连接，另一个利MCU控制器(1)的P1.1连接。

5.如权利要求1所述的一种基于现场总线粮仓温湿度测控终端，其特征在于：所述单总线电路端子(5)起到连接现场总线控制终端和温度传感器(11)作用，单总线电路端子(5)包括单总线5-1、单总线接线端子(5)、MCU控制器(1)的P0口8个引脚接口5-2、MCU控制器(1)的P2口8个引脚接口5-3，单总线接线端子(5)共16个端子，每个输入端子分别接到8路温度传感器，在此最大16×8＝128路温度测量点。

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