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)，實現(xiàn)了對分散在不同位置的烤房進(jìn)行實時遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1、 CAN總線概述

當(dāng)今計算機(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。

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。

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)控計算機(jī)

利用CAN總線適配器（USB接口）實現(xiàn)計算機(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)點的實時監(jiān)控。

3、烤煙控制節(jié)點設(shè)計

依據(jù)上述控制功能要求，烤煙控制節(jié)點包含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。

3．1 硬件組成

AT89C52是烤煙控制器的核心，完成溫度和濕度的采樣與控制、控制算法運(yùn)算、鍵盤掃描、LCD顯示、數(shù)據(jù)通信等功能。

LCD顯示器用于現(xiàn)場顯示采樣的溫度及濕度、控制參數(shù)設(shè)定值等，由于需要顯示的內(nèi)容較少，選用段式顯示器；而鍵盤用于在現(xiàn)場設(shè)置控制參數(shù)，為了簡化接口電路，采用獨立式鍵盤電路，即每個按鍵占用AT89C52的一位開關(guān)量輸入。

DS18B20和直流電機(jī)控制電路組成溫濕度采樣與控制電路。DS18B20的控制程序按其規(guī)定的時序進(jìn)行編寫，通過單片機(jī)執(zhí)行SETB P1.7（或P1.6）和CLR P1.7（P1.6）即可產(chǎn)生所需要的軟件脈沖，從而實現(xiàn)對溫濕度的數(shù)字化輸入；而直流電機(jī)的控制通過對P1.5（P1.4）進(jìn)行控制產(chǎn)生高低電平，再送由三極管和直流繼電器組成的電機(jī)驅(qū)動電路，即可實現(xiàn)對電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，通過傳動機(jī)構(gòu)帶動火門（或窗門）移動對溫度和濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

烤煙控制器CAN總線接口由SJA1000、6N137和82C250組成，如圖3所示。SJA1000以并行接口芯片和中斷形式與AT89C52連接，AT89C52對映射到存儲器的SJA1000有關(guān)寄存器進(jìn)行讀寫，即可實現(xiàn)SJA1000初始化設(shè)置、數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)校驗等操作；6N137組成光電隔離電路以提高系統(tǒng)的抗干擾能力；82C250則提高總線驅(qū)動能力。

3．2 程序設(shè)計

烤煙控制器程序除了完成定時對溫濕度的采樣與閉環(huán)控制和實現(xiàn)人機(jī)接口外，還要對監(jiān)控計算機(jī)通過CAN總線發(fā)送來的遠(yuǎn)程命令進(jìn)行響應(yīng)，以便執(zhí)行特定的功能。由于系統(tǒng)采用中斷方式實現(xiàn)溫濕度的定時采樣和CAN總線的通信，因此程序包括主程序和中斷服務(wù)程序兩部分，其中定時中斷程序較為簡單，在此不再詳細(xì)介紹。

3．2．1 主程序

主程序完成對定時器和CAN總線的初始化，并循環(huán)掃描鍵盤和控制LCD顯示。

對CAN總線的初始化主要是對SJA1000的工作方式、接收濾波方式、接收屏蔽寄存器（AMR）、接收代碼寄存器（ACR）、波特率參數(shù)和中斷允許寄存器進(jìn)行設(shè)置，在初始化前必須使SJA1000進(jìn)行復(fù)位模式，當(dāng)初始化設(shè)置完成后，須使SJA1000回到正常工作模式，才能實現(xiàn)正常工作。為增強(qiáng)程序的可讀性，在程序執(zhí)行代碼前使用EQU偽指令將SJA1000各寄存器所對應(yīng)的存儲器地址定義成特定的符號。

MOV DPTR，#MOD ；方式寄存器

MOV A，#09H

MOVX @DPTR，A ；使SJA1000進(jìn)入復(fù)位模式

…… ；其他寄存器設(shè)置

MOV DPTR，#MOD ；方式寄存器

MOV A，#08H

MOVX @DPTR，A ；使SJA1000進(jìn)入工作模式

……

3．2．2 中斷服務(wù)程序

當(dāng)監(jiān)控計算機(jī)通過CAN總線向控制節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，一旦CAN數(shù)據(jù)幀內(nèi)的接收方地址與初始化程序中設(shè)置的地址匹配時，SJA1000即通過INT1（外部中斷）向AT89C52發(fā)送中斷請求，當(dāng)AT89C52響應(yīng)中斷請求后立即轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序執(zhí)行，在中斷服務(wù)程序內(nèi)進(jìn)行信息的解釋，并進(jìn)行相應(yīng)的控制，如傳送溫濕度數(shù)據(jù)、修改控制參數(shù)等。在對SJA1000接收的信息進(jìn)行處理前，還需要對總線脫離、錯誤報警、接收溢出等進(jìn)行處理。

MOV DPTR，#SR ；狀態(tài)寄存器地址

MOVX A，@DPTR

ANL A，#0C3H ；讀取總線脫離、錯誤報警、接收溢出、有數(shù)據(jù)等位

JNZ ERRPROG ；轉(zhuǎn)錯誤處理程序

…… ；正常處理程序

4、監(jiān)控軟件開發(fā)

監(jiān)控管理計算機(jī)完成對各烤房的實時監(jiān)控，為實現(xiàn)完整的信息管理功能，需要構(gòu)建數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)中基于MS-Access構(gòu)建數(shù)據(jù)庫平臺，利用VB開發(fā)監(jiān)控軟件實現(xiàn)與烤煙控制器的通信并訪問數(shù)據(jù)庫。

監(jiān)控軟件功能主要包含定時循環(huán)數(shù)據(jù)采樣（循環(huán)依此采樣各烤房數(shù)據(jù)）、實時數(shù)據(jù)采集、溫濕度曲線顯示（打?。?shù)據(jù)統(tǒng)計報表（打?。┑?。

5、結(jié)束語

CAN總線是目前廣泛采用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，其協(xié)議簡單，容易實現(xiàn)，能方便與各種微處理器接口，本文研究的CAN總線應(yīng)用系統(tǒng)目前已投入實際生產(chǎn)運(yùn)行，并取得了良好的控制效果。

本文工作只是在現(xiàn)場總線方面作了一些應(yīng)用研究工作，對更深入的應(yīng)用研究還有待進(jìn)一步深入。

責(zé)任編輯：gt