1  引言

現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)今自動化領(lǐng)域發(fā)展的熱點，德國bosch公司的can是為解決汽車內(nèi)部的復(fù)雜硬信號接線提出的，而其應(yīng)用范圍正逐漸向過程控制、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。can總線以其獨特的設(shè)計、低成本、高可靠性、實時性、抗干擾能力強等特點得到了廣泛的應(yīng)用。本文選用can總線設(shè)計了分布式熱電阻智能節(jié)點，利用can總線連接各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可以直接與主控卡或上位機通信，組建成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)分布式測控系統(tǒng)。

2  熱電阻智能節(jié)點硬件設(shè)計

2.1智能節(jié)點整體結(jié)構(gòu)

本熱電阻智能節(jié)點設(shè)有4路輸入通道，支持3線制方式，支持熱電阻類型有cu50、cu100和pt100，采用freescale mc9s12d64單片機作為微控制器，其內(nèi)部有一個can通信模塊（mscan），符合can2.0a/b標(biāo)準(zhǔn)，所以不需要擴展can通訊控制器。can接口收發(fā)器采用pca82c250作為can通信模塊和物理傳輸線路之間的接口。節(jié)點通過24位a/d轉(zhuǎn)換器ads1216對組態(tài)通道進行采樣，由于熱電阻的阻值與溫度成正比關(guān)系，需將已知電流流過該電阻以得到與溫度成正比的輸出電壓。本文使用ads1216的兩個8位電流輸出idac1和idac2作為恒流源，通過模擬開關(guān)max355選通相應(yīng)的組態(tài)通道，然后ads1216對得到的電壓信號進行采樣并輸出至微控制器，經(jīng)校正后進行標(biāo)度變換轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電阻值，查熱電阻分度表即可得到所測溫度。本節(jié)點也可通過rs485接口并嚴(yán)格按照modbus協(xié)議進行通信，rs-485收發(fā)器采用sn65lbc184。

本熱電阻智能節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 熱電阻智能節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.2信號輸入端電路與采樣電路

信號輸入端電路與采樣電路原理圖如圖2和圖3所示。

圖2 熱電阻信號輸入端電路

圖3  a/樣電路

max355差動4通道模擬開關(guān)接4路熱電阻信號轉(zhuǎn)換電路，圖中只畫出第一路轉(zhuǎn)換電路，接線方式為三線制，使能端en接高電平，使max355一直有效。a0、a1引腳接至mc9s12d64單片機的pp0和pp1端，用于選通某一路熱電阻信號進行轉(zhuǎn)換與測量。當(dāng)max355選通某一通道后，該通道將與公共端接通，假設(shè)選通通道1，200ua恒定電流由no1a和no1b輸出流經(jīng)熱電阻產(chǎn)生毫伏級電壓信號，此信號在vin1和vin2處被ads1216采樣。

ads1216組成4路全差分通道。單片機通過porta與ads1216通信，用于控制ads1216選通某一路模擬量輸入通道并進行采樣，每一個控制信號均通過光耦合器和兩個施密特觸發(fā)器進行數(shù)字隔離，這樣做可有效抑制各種噪聲干擾，提高傳輸通道上的信噪比。ads1216采樣每一路通道之前均進行偏置與增益自校準(zhǔn)。當(dāng)/drdy變?yōu)榈碗娖?，?biāo)志著數(shù)據(jù)寄存器中數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好，單片機便從24位數(shù)據(jù)輸出寄存器（dor）讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

2.3 can和rs-485通信電路

can和rs-485通信電路原理圖如圖4所示。

mc9s12d64單片機的can輸入與輸出引腳（rxcan0和txcan0）分別接至收發(fā)器pca82c250的txd和rxd引腳。pt2用來控制數(shù)據(jù)接收與發(fā)送，當(dāng)pt2為低電平時，接收數(shù)據(jù)；當(dāng)pt2為高電平時，發(fā)送數(shù)據(jù)。輸入rs通過一電阻接地，使pca82c250工作在斜率控制模式下。sn65lbc184為具有瞬變電壓抑制的rs485差分收發(fā)器，因此本智能節(jié)點可以接入采用canbus或rs485的測控系統(tǒng)，并方便的與各種組態(tài)軟件進行通信。

圖4  can和rs-485通信電路

3  熱電阻智能節(jié)點軟件設(shè)計

3.1概述

單片機程序用mc9s12匯編語言編寫。在主程序首先完成各寄存器和存儲單元的初始化，再通過調(diào)用讀取地址子程序，得到i/o板卡的地址和can通信波特率，再完成mscan模塊和ads1216初始化。隨后調(diào)用e2prom中組態(tài)信息，對每一路組態(tài)通道進行信號轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波及溫度查表計算等，其主程序流程圖如圖5所示。

  圖5 熱電阻智能節(jié)點主程序流程圖

由于現(xiàn)場的各種干擾很容易使信號失真，從而使a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生比較大的誤差。因此在對信號進行有效的硬件濾波后還需進行軟件濾波，本節(jié)點采用了數(shù)字中值濾波、算術(shù)平均、加權(quán)濾波等方式。