CAN總線在分布式烤煙控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

眾所周知，我國是一個煙草大國，煙草行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。
煙草行業(yè)涵蓋煙葉種植、煙葉烘烤、煙葉發(fā)酵、卷煙生產(chǎn)及銷售等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程、管理水平、生產(chǎn)能力和生產(chǎn)質(zhì)量都將直接影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)社會效益。在整個煙草生產(chǎn)過程中，煙葉烘烤的質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用，然而令人遺憾的是，目前貴州省乃至全國煙農(nóng)多數(shù)使用人工作坊式進(jìn)行煙葉的烘烤，烤房內(nèi)的溫度、濕度等對煙葉質(zhì)量有影響的環(huán)境參數(shù)只能靠人工方式進(jìn)行測量和控制，因而無法保證烤煙的質(zhì)量，使得農(nóng)民的收入沒有得到明顯提高。為了保證烤煙質(zhì)量，必須采取先進(jìn)的控制手段來對環(huán)境溫度和濕度以及持續(xù)時間進(jìn)行有效控制，自動控制技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展給烤煙環(huán)境的精確控制帶來了可能。
本系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)場總線和單片機(jī)控制技術(shù)，構(gòu)建了分布烤煙控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對分散在不同位置的烤房進(jìn)行實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)控。
1 CAN總線概述
當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)正迅速向分散的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）方向發(fā)展，現(xiàn)場總線的使用，使得包含工業(yè)控制系統(tǒng)在內(nèi)的各類控制系統(tǒng)的控制功能徹底下放到控制現(xiàn)場，系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高。
在眾多的現(xiàn)場總線中，CAN（Control Area Network）以其獨(dú)特的優(yōu)勢在各類控制系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。CAN總線協(xié)議簡單、實(shí)現(xiàn)容易、成本低，能方便與微控制器接口，特別適合中小型控制系統(tǒng)中。因此，考慮到行業(yè)特點(diǎn)及控制要求，在方案中我們選擇了CAN總線作為整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
2 控制系統(tǒng)方案
本系統(tǒng)基于CAN總線構(gòu)建，將CAN總線接口內(nèi)置于烤煙控制器中，并使用雙絞線作為總線連接至監(jiān)控計(jì)算機(jī)的CAN總線適配器，形成分布式控制系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2．1烤煙控制器
內(nèi)置單片微控制器（AT89C52）的烤煙控制器對烤煙環(huán)境的溫度及濕度進(jìn)行采樣，依據(jù)一定的控制規(guī)律（烤煙環(huán)境的溫度和濕度控制規(guī)律）產(chǎn)生控制信號對溫度及濕度進(jìn)行控制，并接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送來的命令完成控制參數(shù)的修改或上傳檢測到的溫度和濕度。
由于烤煙過程對環(huán)境的要求并不是非常高，為簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，使用了如下方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。
溫度的采樣采用全數(shù)字溫度傳感器DS18B20（DALLAS公司生產(chǎn)），該傳感器使用串行接口（1-Wire總線）與微控制器連接，測量溫度最高達(dá)125℃，精度可達(dá)0.005℃，完全可滿足烤煙溫度檢測的需要；而溫度的調(diào)節(jié)直接通過直流電機(jī)驅(qū)動火門控制進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行。
環(huán)境的濕度可間接從采樣到的濕球溫度計(jì)算得到，從而避免使用昂貴的濕度傳感器；而濕度通過直流電機(jī)控制窗戶的開啟大小來控制。
CAN總線接口使用菲利浦公司的SJA1000協(xié)議接口芯片、6N137光電隔離器和82C250總線收發(fā)器構(gòu)成。
2．2 監(jiān)控計(jì)算機(jī)
利用CAN總線適配器（USB接口）實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制信息和CAN總線協(xié)議數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，完成對現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)的集中管理。
監(jiān)控軟件采用Visual Basic平臺進(jìn)行開發(fā)，完成對控制節(jié)點(diǎn)的實(shí)時監(jiān)控。
3 烤煙控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
依據(jù)上述控制功能要求，烤煙控制節(jié)點(diǎn)包含AT89C52、LCD顯示器、CAN總線接口電路、兩片DS18B20、兩套直流電機(jī)控制電路，如圖2所示。