小編為大家總結了一篇基于 STM32 和 CAN 總線的溫度監(jiān)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(jiān)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(jié)點溫度超過設定值的時候，上位機發(fā)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(fā)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(fā)器模塊采甩 NXP 的高速收發(fā)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(yōu)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(fā)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(fā)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(fā)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(wěn)定性，電橋的輸入電壓通過 TL431 穩(wěn)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(fā)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(fā)送的數據幀、發(fā)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 3 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(qū)域

·f_open- 打開/創(chuàng)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(jié)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(jié)點號相同的主站發(fā)送的遠程幀的時候，從站 CAN 控制器才發(fā)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(jié)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(tài)設計(At Design TIme)也可以動態(tài)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 7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(jiān)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(jié)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。