畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于CAN總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)（含電路圖）

1、 山東交通學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 山東交通學(xué)院2011屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目:基于can總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)外文翻譯，開題報(bào)告，總電路圖，聯(lián)系qq153893706系 別 工程機(jī)械系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班 級 機(jī)械074 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 二一一 年 六 月摘 要對picl8f458單片機(jī)以及其集成的can控制器進(jìn)行了探究，并以它為處理器進(jìn)行硬件、軟件設(shè)計(jì)，使can總線的通訊更加直觀。本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的信息采集系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可靠性與穩(wěn)定性高，而且使用方便、應(yīng)用靈活，實(shí)現(xiàn)了以最少的成本出色完成任務(wù)的目的，大大地加速了其應(yīng)用領(lǐng)域智能化、科學(xué)化與規(guī)范化的進(jìn)程。介紹了路面

2、加速加載試驗(yàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和can總線通信的實(shí)現(xiàn)過程。該控制系統(tǒng)自動化程度高、人機(jī)界面友好、穩(wěn)定性好，可以在線檢測工作溫度、環(huán)境溫度、壓力等參數(shù)，并能夠?qū)崟r(shí)顯示。運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)安裝、維護(hù)方便、操作簡單，測量精度高，運(yùn)行可靠。can控制局域網(wǎng)因其卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)受到工業(yè)界的廣泛重視，并被認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場總線之一。研究了can協(xié)議在所選內(nèi)嵌can總線控制器的picl8f458微處理器上的具體實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)出一點(diǎn)對三點(diǎn)的can總線的雙向通訊系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：加速加載，數(shù)據(jù)采集，can總線abstractwe make a design after studying deeply

3、 on mcupic18f458 which integral can controllerthis system has many meritsthe system of smart instruments has simple structure，small size，high reliability and stabilitybesides, its easy to use，flexible application, lower cost, multifunction and it uses plenty limited space in smart instrumentsall of

4、these enhance the smart instrumentsadvantages on market competition and greatly accelerate its application intelligent, scientific and standardized process.focusing on self-developed highway accelerated loading testing facility, the data acquisition system and the communicating process of smart inst

5、ruments with the can bus are introduced in details. the system has the advantage of automation, friendly human-computer interface, and steady performance. it can measure the parameter of temperature, pressure in real time. the related parameter can be displayed on time. the experimental operation sh

6、ow that the system is characterized by easy fixing and maintaining, convenient operating, highly accurate measure, and reliable operation.can bus is known as one of the most famous field bus because its excellent characteristics high reliability and special designit applies the can protocol to mcu(p

7、icl8f458)which is with the can module and design a bidirectional communication system which is from one node to three nodes.key words: accelerated loading, data acquisition, can bus目 錄前 言11 緒論21.1路面加速加載設(shè)備國內(nèi)外發(fā)展概況21.2 現(xiàn)場總線41.2.1基金會現(xiàn)場總線ff41.2.2 lonworks41.2.3 profibus41.2.4 hart41.2.5 can(control area

8、network)51.3本文完成主要工作51.4 研究意義62 基于can總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)72.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體硬件電路設(shè)計(jì)72.2主要器件介紹92.2.1 can控制器pca82c250簡介92.2.2 pic18f458單片機(jī)的特點(diǎn)102.2.3 i/o端口模塊122.2.4 定時(shí)器tmr0模塊122.2.5 a/d轉(zhuǎn)換器模塊132.2.6 can控制器模塊132.3 數(shù)據(jù)采集152.3.1 溫度數(shù)據(jù)的采集152.3.2 壓力數(shù)據(jù)的采集172.4 數(shù)據(jù)的顯示輸出182.5 can通訊硬件電路設(shè)計(jì)192.5.l 硬件系統(tǒng)組成原理及通信過程192.5.2 can總線通信接口電路2

9、02.6 硬件抗干擾措施223 基于can總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)243.1 主節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示程序設(shè)計(jì)243.2 從節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)253.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換簡介253.2.2 pic18f458單片機(jī)adc模塊253.2.3 a/d轉(zhuǎn)換初始化子程序273.2.4 從節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集程序273.3 主從節(jié)點(diǎn)can通訊軟件設(shè)計(jì)283.3.1 can節(jié)點(diǎn)的初始化293.3.2 can節(jié)點(diǎn)信息的發(fā)送293.3.3 can節(jié)點(diǎn)信息的接收30結(jié) 論32致 謝33參考文獻(xiàn)3435前 言路面加速加載試驗(yàn)設(shè)備是試驗(yàn)、檢測路面材料與結(jié)構(gòu)的專用設(shè)備。運(yùn)用這種設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)是目前國際上先進(jìn)的路面現(xiàn)場試驗(yàn)手段，通過可控的

10、試驗(yàn)軸載及溫度對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)加載，真實(shí)模擬汽車輪胎在路面上的運(yùn)動狀態(tài)，研究各種路面的使用年限，更好的對路面進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。試驗(yàn)還能根據(jù)表征路面結(jié)構(gòu)使用性能指標(biāo)的檢測。在較短的時(shí)間內(nèi)建立路面結(jié)構(gòu)使用性能指標(biāo)的變化規(guī)律，從而得到對路面結(jié)構(gòu)長期使用性能的評價(jià)。為了降低施工和維護(hù)成本，延長路面使用周期，在道路設(shè)計(jì)施工初期就應(yīng)充分考慮路面長期使用性能及路用材料性質(zhì)、道路的生命周期等。采用路面加速加載設(shè)備通過對所試驗(yàn)路段真實(shí)模擬路面上的運(yùn)動狀態(tài)，在較短時(shí)間內(nèi)加速道路損壞，找出路面結(jié)構(gòu)使用性能指標(biāo)的變化規(guī)律，分析道路生命周期內(nèi)的破壞機(jī)理，得出對路面結(jié)構(gòu)長期使用性能的評價(jià)，從而為道路的設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、驗(yàn)收

11、以及新技術(shù)、新材料的應(yīng)用提供依據(jù)。利用路面加速加載試驗(yàn)系統(tǒng)快速模擬車輛在不同道路上的實(shí)際運(yùn)行狀況，對研究路面結(jié)構(gòu)的使用性能、路面材料參數(shù)及路面結(jié)構(gòu)評價(jià)具有重要的意義，然而路面加速加載試驗(yàn)系統(tǒng)模擬成功與否關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此對數(shù)據(jù)采集信號的研究有較大的意義。本文主要研究路面加速加載設(shè)備對試驗(yàn)路面溫度信號、壓力信號并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、輸出顯示。信號的綜合采集，應(yīng)用目前已被很多大公司采用的can總線技術(shù)，采用philips公司的can控制器pca82c250，將專用微處理器picl8f458置入路面加速加載設(shè)備中，使其具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡單連接的雙絞線作為總線，把多

12、個(gè)數(shù)據(jù)測量節(jié)點(diǎn)連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息輸出，直接顯示所需的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使工作人員很好的讀取系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)。1 緒論1.1路面加速加載設(shè)備國內(nèi)外發(fā)展概況從五十年代起，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展促進(jìn)了大多數(shù)工業(yè)國家交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，表現(xiàn)在交通運(yùn)輸車輛數(shù)量和載重量的持續(xù)快速增長，這樣，一方面導(dǎo)致新建和改建道路數(shù)量的增加，另一方面需要加強(qiáng)對現(xiàn)有路網(wǎng)的養(yǎng)護(hù)來滿足交通量增長的需求。原有的按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以及經(jīng)驗(yàn)推論設(shè)計(jì)的路面已不能適應(yīng)這些大交通量、重交通載載、新的軸組和胎壓的要求。由于利用野外長期路面觀測的方法來評價(jià)現(xiàn)有路面不具有普遍的適用性，數(shù)據(jù)采集不僅受時(shí)間的限制，而且受制于

13、觀測路段通行交通量的多少和通行荷載的大小。因此，加速加載試驗(yàn)做為一種嘗試，受到世界許多國家的青睞。1909年美國底特律的筑路材料測定儀(ray 1964)和 1912年英國的鋼輪與橡膠輪加載設(shè)備可算是最初的環(huán)型軌道試驗(yàn)的雛形。于1919年開始到1951年結(jié)束的美國washo試驗(yàn)路使加速加載試驗(yàn)達(dá)到了頂峰，washo試驗(yàn)在統(tǒng)計(jì)分析標(biāo)準(zhǔn)的確定和對路面結(jié)構(gòu)與載荷的認(rèn)識方面做出了重要貢獻(xiàn)。19581960年進(jìn)行的aasho道路試驗(yàn)是在專門修建的試驗(yàn)路上，使用卡車對大量的不同路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載，建立了路面設(shè)計(jì)參數(shù)、軸載及軸載組合與重復(fù)荷載次數(shù)的關(guān)系，總結(jié)提出了路面性能評價(jià)指標(biāo)即路面服務(wù)能力指數(shù)(psi)和

14、當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載(esal)的概念，這兩個(gè)參數(shù)至今仍被世界各國公路設(shè)計(jì)者采用。進(jìn)入六十年代后，加速加載試驗(yàn)作為一種先進(jìn)的試驗(yàn)手段被世界各國認(rèn)可，相繼開發(fā)了一系列的加速加載裝置，這個(gè)時(shí)期的加載試驗(yàn)裝置大部分為室內(nèi)靜載加載裝置和動載環(huán)道試驗(yàn)設(shè)備。七十年代開發(fā)的主要設(shè)備為環(huán)道試驗(yàn)設(shè)備和直線式加載裝置。到八十年代中期，澳大利亞設(shè)計(jì)制造的可移動式、野外足尺加速加載試驗(yàn)設(shè)備(alf)是一個(gè)突破，如圖1.1所示。它將室內(nèi)同定式的加載設(shè)備改進(jìn)成野外可移動的，并能在足尺路面結(jié)構(gòu)上施加實(shí)際汽車輪載的加載設(shè)備，成為加速加載試驗(yàn)一個(gè)新的代表。 圖1.1 alffig.1.1 alf縱觀加速加載設(shè)備的發(fā)展史，可以將加速加載

15、試驗(yàn)的方式歸結(jié)為以下幾種:(1)試驗(yàn)路法；(2)室內(nèi)外環(huán)道試驗(yàn)；(3)直線式加載設(shè)備；(4)動靜載脈沖試驗(yàn)設(shè)備；(5)野外足尺加速加載試驗(yàn)設(shè)備。公路路面加速加載試驗(yàn)設(shè)備由20世紀(jì)80年代開始在澳大利亞和新西蘭投入應(yīng)用。到1997年底，全世界共有15個(gè)國家和組織擁有各種類型的加速加載試驗(yàn)設(shè)備近40臺，其中應(yīng)用于六十年代的有6臺，七十年代的有14臺，八十年代的有7臺，九十年代的有13臺，從以上各年代加速加載試驗(yàn)設(shè)備的應(yīng)用數(shù)量上看，七十年代和九十年代是加速加載試驗(yàn)在公路研究中使用最多的時(shí)期。國內(nèi)外有許多單位都對路面加速加載實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了研究和探索。其中一些僅為自行研究和使用，如美國加州大學(xué)伯克利分校

16、、普度大學(xué)和中國的長沙理工大學(xué)等。而作為商品的設(shè)備世界范圍內(nèi)只有少數(shù)國家生產(chǎn)，如南非、美國、澳大利亞。圖1.2 脈沖式路面加速加載設(shè)備fig.1.2 pulse surface acceleration of loading equipment我國在1990年從國外購買了一臺路面加速加載試驗(yàn)設(shè)備，并首次在京深高速公路河北省正定縣道路試驗(yàn)段進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果一致認(rèn)為加速加載試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)用性能好，結(jié)果可靠、準(zhǔn)確。由于進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，供貨周期長等原因，至今全國共購買四臺類似設(shè)備，分別為1990年交通部公路科學(xué)研究所購買的alf型路面加速加載試驗(yàn)設(shè)備；遼寧省交通科學(xué)研究院2010年購買的mls66型路面

17、加速加載試驗(yàn)系統(tǒng)；同濟(jì)大學(xué)2010年購買的mls型路面加速加載試驗(yàn)系統(tǒng)；長安大學(xué)2010年購買的路面加速加載試驗(yàn)系統(tǒng)hvs，其中部分還在安裝調(diào)試過程中。近幾年，隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和公路建設(shè)的迫切需要，國際上路面加速加載試驗(yàn)系統(tǒng)需求量劇增。1.2 現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線發(fā)展至今，世界上約有40多種。其中較流行的現(xiàn)場總線主要有以下幾種，它們具有各自的組織、標(biāo)準(zhǔn)、芯片和特點(diǎn)，每一種現(xiàn)場總線都是在其支持公司或者組織多年產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)成果積累的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，已逐漸形成其影響并在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的優(yōu)勢。1.2.1基金會現(xiàn)場總線ffff是現(xiàn)場總線基金會的縮寫，現(xiàn)場總線基金會是國際公認(rèn)的、唯一不屬于某

18、企業(yè)的、非商業(yè)化的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織。其宗旨是制定單一的國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。ff協(xié)議的前身是以美國fisher-roserount 公司為首，聯(lián)合abb等80家公司制定的tsp協(xié)議，和以honeywell公司為首、聯(lián)合歐洲等地的150家公司制定的worldfip協(xié)議，追于用戶的壓力，支持iso和worldfip的兩大集團(tuán)于1994年9月握手言和，成立了現(xiàn)場總線基金會ff。ff以iso/osi參考模型為基礎(chǔ)，取其物理層、鏈路層和應(yīng)用層為ff通信模型的相應(yīng)層次，并在此基礎(chǔ)上增加了用戶層?；饡F(xiàn)場總線分為低速現(xiàn)場總線和高速現(xiàn)場總線兩種通信速率。低速現(xiàn)場總線hi的傳輸速率為31.25kbps，高速現(xiàn)場總線

19、hse的傳輸速率為l00mbps，h1支持總線供電和本質(zhì)安全特性。最大通信距離為1900米(如果加中繼器可延長至9500米)，最多可直接連接32個(gè)節(jié)點(diǎn)(非總線供電)，13個(gè)節(jié)點(diǎn)(總線供電)，6個(gè)節(jié)點(diǎn)(本質(zhì)安全要求)，如果加中繼器最多可連接240個(gè)節(jié)點(diǎn)，通信介質(zhì)為雙絞線、光纜等。1.2.2 lonworkslonworks：是局部操作網(wǎng)絡(luò)的縮寫。它是由美國echelon公司推出并由它和摩托羅拉，東芝公司共同倡導(dǎo)，于1990年正式公布而形成的。它采用了iso/osi模型的全部7層通信協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡化為參數(shù)設(shè)置，其通信速率從300bps至15mbps不等

20、，宜接通信距離可達(dá)2700m(78kbps雙絞線)；支持雙絞線，同軸電纜，光纖，射頻，紅外線，電力線等多種通信介質(zhì)，并開發(fā)了相應(yīng)的本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品，被譽(yù)為通信控制網(wǎng)絡(luò)。1.2.3 profibusprofibus是德國國家標(biāo)準(zhǔn)din9245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)en50170的現(xiàn)場總線，profibusfms和profibuspa組成了proflbus系列。dp型用于分散外設(shè)問的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動化領(lǐng)域的應(yīng)用。fms意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織，樓宇自動化，可編程控制器，低壓開關(guān)等。而pa性則是用于過程自動化的總線類型，它遵從iecll58-2標(biāo)準(zhǔn)。1.2.4 harthart是highway

21、addressable remote transducer的縮寫。最早由rosemount公司開發(fā)并得到80多家著名儀表公司支持，與1993年成立了hart通信基金會。這種被稱為可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程的過渡性產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過渡時(shí)期具有較強(qiáng)的市場競爭力，得到了較快的發(fā)展。1.2.5 can(control area network)20世紀(jì)80年代，由于歐洲汽車發(fā)展工業(yè)的需要，最先由德國bosch公司提出can總線方案以解決汽車裝置間的通信問題，在車載各電子控制裝置ecu之間交換信息形成汽車電子控制網(wǎng)

22、絡(luò)。比如：發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備電子主干系統(tǒng)中均嵌入can控制裝置。bosch公司于1986年正式公布了這一總線，其規(guī)范現(xiàn)已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(iso)制定為國際標(biāo)準(zhǔn)。很快得到了motorola、intel、philips、siemens、nec等公司的支持，廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。can總線控制局域網(wǎng)是為汽車而開發(fā)的串行數(shù)據(jù)通信總線，因此其第一用戶當(dāng)然是汽車工業(yè)。目前，一些在世界上舉足重輕的汽車制造商都在積極的將can總線用在新型汽車上，如奔馳、寶馬、保時(shí)捷、勞斯來斯和美洲豹等都已開始采用can總線來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各見著和執(zhí)行結(jié)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。由于can具有通信速率高、

23、可靠性強(qiáng)、連接方便、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)。其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而擴(kuò)展到了過程工業(yè)，機(jī)械工業(yè)，紡織工業(yè)，農(nóng)用機(jī)械，機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床，醫(yī)療器械，家用電器及傳感器、建筑、環(huán)境控制等領(lǐng)域發(fā)展。如siemens公司生產(chǎn)的ct斷層掃描儀采用了can總線，改善了設(shè)備的性能。can已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)最主要的總線之一，甚至領(lǐng)導(dǎo)著串行總線的發(fā)展。在1999年，有近6000萬個(gè)can控制器投入應(yīng)用；2000年，市場銷售了超過l億個(gè)can器件。在各種總線的應(yīng)用中，因具有卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)而受到工業(yè)界的廣泛重視，can總線一直處于浪尖，并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。1.3本文完

24、成主要工作目前，已經(jīng)被許多大公司采用can總線技術(shù)，應(yīng)用范圍已不再局限于汽車行業(yè)，而向工程控制、機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械等領(lǐng)域發(fā)展。采用philips公司的can控制器pca82c250，將專用微處理器picl8f458置入路面加速加載設(shè)備中，使其具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡單連接的雙絞線作為總線，把多個(gè)數(shù)據(jù)測量節(jié)點(diǎn)連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息輸出，直接顯示所需的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)采用微處理器作為路面加速加載設(shè)備的核心，設(shè)計(jì)出的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能完成數(shù)據(jù)采集的功能和對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示等功能。此外，路面加速加載設(shè)備采用目前較為流行的can總線接口

25、來實(shí)現(xiàn)通訊功能，使得顯示系統(tǒng)的抗干擾能力得到提高。本設(shè)計(jì)在硬件上采用了單片機(jī)picl8f458作為設(shè)備的can總線的控制核心，成功地運(yùn)用了philips公司的can控制器pca82c250連接can總線。研究的內(nèi)容包括路面加速加載設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，并能實(shí)時(shí)地顯示采集的數(shù)據(jù)。本課題完成的主要工作如下：（1）試驗(yàn)路段路面溫度和加速加載設(shè)備工作環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用pic18f458單片機(jī)的片上adc模塊采集lm35輸出的電壓值。（2）對路面加速加載設(shè)備對路面所加壓力的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用pic18f458單片機(jī)的片上adc模塊采集ns-w型壓力傳送器的電壓值。（3）

26、對各節(jié)點(diǎn)的pic18f458通過can總線與主節(jié)點(diǎn)的pic18f458單片機(jī)通信并在主節(jié)點(diǎn)輸出顯示。1.4 研究意義隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和公路建設(shè)的迫切需要，國際上路面加速加載試驗(yàn)系統(tǒng)需求量劇增。運(yùn)用這種設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)是目前國際上先進(jìn)的路面現(xiàn)場試驗(yàn)手段，通過可控的試驗(yàn)軸載及溫度對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)加載，真實(shí)模擬汽車輪胎在路面上的運(yùn)動狀態(tài)，研究各種路面的使用年限，更好的對路面進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。試驗(yàn)還能根據(jù)表征路面結(jié)構(gòu)使用性能指標(biāo)進(jìn)行檢測。在較短的時(shí)間內(nèi)建立路面結(jié)構(gòu)使用性能指標(biāo)的變化規(guī)律，從而得到對路面結(jié)構(gòu)長期使用性能的評價(jià)。各國對路面的檢測、評價(jià)已逐步形成了自己的體系和制度。國內(nèi)的許多從事公路建設(shè)的單

27、位如同濟(jì)大學(xué)、長安大學(xué)、遼寧公路研究所正在向國外訂購此類設(shè)備。據(jù)了解，價(jià)格都很高，每臺設(shè)備都花費(fèi)高昂。如果能夠自行開發(fā)研制成功該設(shè)備，將會節(jié)省大量的經(jīng)費(fèi)，滿足國內(nèi)有關(guān)單位對加速加載設(shè)備的需求，為國家節(jié)約大量的外匯。同時(shí)，這也會提高我國在這一研究領(lǐng)域的知名度?，F(xiàn)在此類設(shè)備在國內(nèi)尚無自主產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，為數(shù)不多的幾家作過這方面研究工作的單位均為自行使用，且其成果都存在著比較嚴(yán)重的技術(shù)缺陷。所以，本研究在形成具有競爭力的產(chǎn)品方面具有重大意義。因此，現(xiàn)在國內(nèi)外對道路加速加載設(shè)備的研制無論從經(jīng)濟(jì)方面還是其他附帶的社會效益方面都十分必要。2 基于can總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體硬件電路

28、設(shè)計(jì)本文所述系統(tǒng)是一個(gè)典型的can總線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用，針對can總線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了多方面的研究，除利用picl8f458構(gòu)成can總線的測控系統(tǒng)外，對pic單片機(jī)的串、并聯(lián)通訊，led顯示等方用都進(jìn)行了成功的實(shí)踐，完成了實(shí)際硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件編程和can總線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用。總的電路框圖如圖2.1所示：采集工作環(huán)境溫度can 總 線采集路面溫度采集液壓缸壓力主節(jié)點(diǎn)溫度傳感器lm35壓力傳感器ns-w型傳送器顯示路面溫度顯示工作環(huán)境溫度顯示液壓缸壓力溫度傳感器lm35圖2.1總的電路框圖fig.2.1 the overall circuit diagram其總電路圖

29、如圖2.2所示： 如圖2.2 總電路圖fig.2.2 the overall circuit diagram把內(nèi)嵌can控制器的picl8f458微處理器用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性與穩(wěn)定性提高，而且使用方便、應(yīng)用靈活，并出色完成任務(wù)的目的，大大地加速了其應(yīng)用領(lǐng)域智能化、科學(xué)化與規(guī)范化的進(jìn)程。所采用的pic18f458單片機(jī)是美國微芯公司推出得高檔產(chǎn)品，采用16位的類risc指令系統(tǒng)，指令周期短，處理能力強(qiáng)，運(yùn)算能力高，內(nèi)部集成的可尋址的通用同步/異步收發(fā)器(usart)模塊和can控制模塊等，可以不用外擴(kuò)存儲器就能很好地完成大量工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通訊，滿足can總線通信協(xié)議

30、的要求。具體原理是采用philips公司的can控制器pca82c250作為can總線的控制器，將專用微處理器pic18f458置入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。使其各自具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡單連接的雙絞線作為總線，把多個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，按照公開，規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個(gè)微機(jī)化測量控制設(shè)備間以及現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成適應(yīng)于路面加速加載設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，本設(shè)計(jì)采用picl8f458單片機(jī)進(jìn)行信號的采集、處理和can總線通信，采用有8個(gè)d鎖存器組成的集成芯片74ls373使數(shù)碼管顯示測量結(jié)果進(jìn)行了成功地實(shí)踐。硬件組成主要有帶can控制器的pic18f4

31、58主節(jié)點(diǎn)、四個(gè)can控制器pca82c250和帶can控制器的picl8f458節(jié)點(diǎn)一(采集試驗(yàn)路段路面的溫度)、帶can控制器的picl8f458節(jié)點(diǎn)二(采集路面加速加載設(shè)備顯示系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度)、帶can控制器的picl8f458節(jié)點(diǎn)三（采集路面加速加載設(shè)備對試驗(yàn)路段所加的壓力）組成。系統(tǒng)工作原理為：由節(jié)點(diǎn)一、節(jié)點(diǎn)二、節(jié)點(diǎn)三把所需的數(shù)據(jù)采集通過can總線通信傳送給主節(jié)點(diǎn)并顯示輸出。具體can通迅硬件模塊框圖如圖2.3所示：can控制器pca82c250can控制器pca82c250can控制器pca82c250can控制器pca82c250pic18f458節(jié)點(diǎn)一pic18f458節(jié)點(diǎn)

32、二pic18f458節(jié)點(diǎn)三pic18f458主節(jié)點(diǎn) can bus圖2.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模塊框圖fig.2.3 system hardware architecture block diagram2.2主要器件介紹2.2.1 can控制器pca82c250簡介philips公司的can控制器pca82c250可為can協(xié)議控制器提供差分收發(fā)能力，它完全符合is0-11898標(biāo)準(zhǔn)。它的工作速率高達(dá)1mb/s，支持1mb/s的運(yùn)行速率，滿足iso-11898標(biāo)準(zhǔn)物理層要求,是全世界使用最廣泛的can控制器。上電復(fù)位和電壓事件欠壓保護(hù)，未上電節(jié)點(diǎn)或欠壓不會影響can總線，低電流待機(jī)操作，短路保護(hù)，高

33、壓瞬態(tài)保護(hù)，自動熱關(guān)斷保護(hù)，可連接節(jié)點(diǎn)高達(dá)112個(gè)，采用差分總線，具有很強(qiáng)的抗噪特性，工作溫度范圍:-40c+125c。內(nèi)部結(jié)構(gòu)：（1）發(fā)送功能can線有兩個(gè)狀態(tài)：顯性狀態(tài)和隱性狀態(tài)。顯性狀態(tài)發(fā)生在canh和canl之間的差分電壓高于定義值的時(shí)候，隱性狀態(tài)發(fā)生在該差分電壓低于某個(gè)定義值(典型值為0v)的時(shí)候。顯性狀態(tài)和隱性狀態(tài)分別對應(yīng)于txd輸入引腳的低電平和高電平，但是，一個(gè)由別的can節(jié)點(diǎn)觸發(fā)的顯性狀態(tài)將會改寫can總線上的隱性狀態(tài)。（2）接收器功能rxd引腳反映的是canh和canl之間的差分總線電壓值。rxd輸出引腳的低狀態(tài)和高狀態(tài)分別對應(yīng)于can總線的顯性和隱性狀態(tài)。（3）內(nèi)部保護(hù)c

34、anh和canl可以免受can總線上電池短路和電氣瞬態(tài)的影響。這一特性可以防止發(fā)送器的輸出級在這樣的錯(cuò)誤條件下受到破壞。熱關(guān)斷電路在結(jié)點(diǎn)溫度超過通常的標(biāo)定值165c的時(shí)候使輸出控制器停止工作，這樣就進(jìn)一步保護(hù)器件免受過多負(fù)載電流的影響。芯片其他部分仍然保持工作，但是由于發(fā)送器輸出的功耗降低，芯片的溫度也隨之降低，這一保護(hù)措施對于由短路引起的總線損壞是必需的。（4）操作模式rs引腳可選擇三種操作模式：高速、斜率控制、待機(jī)。高速模式：高速模式可以通過把rs引腳與vss相連來實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)模式下，發(fā)送器的輸出驅(qū)動具有快速的輸出上升和下降時(shí)間，可以滿足高速can總線的速率要求。斜率控制模式:斜率控制模式

35、可以通過限制canh和canl的上升下降時(shí)間來進(jìn)一步減少emi。斜率，也稱為轉(zhuǎn)換率(slew rate，sr)，受rs和vol(通常接地)之間的外接電阻(rext)控制。斜率與rs引腳的輸出電流成正比。由于電流主要取決于斜率控制電阻rext阻值，所以可以選用不同的阻值來實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)換率。本設(shè)計(jì)采用此模式，rs電阻為300。待機(jī)模式：如果把rs與高電平相連，器件就被置為待機(jī)模式，即休眠模式。2.2.2 pic18f458單片機(jī)的特點(diǎn)pic18fxx8單片機(jī)是美國微芯公司(microchip)推出的高檔產(chǎn)品。主要有picl8f248、picl8f258、picl8f448、picl8f458這四款

36、型號，采用雙列直插和表面封裝等3種封裝形式：pdip40、plcc44和qfp44。采用16位的類risc指令系統(tǒng)，指令周期短、處理能力強(qiáng)、運(yùn)算能力高，可以不用外擴(kuò)存儲器就能很好地完成大量的數(shù)據(jù)通訊和滿足通信協(xié)議的要求，picl8f458單片機(jī)片內(nèi)集成了a/d轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部eeprom存儲器、比較輸出、捕捉輸入、pwm輸出、spi接口、異步串行通信(usart)接口電路、can總線接口電路、flah程序存儲器讀/寫等強(qiáng)大的功能，芯片功能強(qiáng)大，i/o口驅(qū)動能力強(qiáng)，設(shè)計(jì)電路簡單可靠。其中單片機(jī)pic18f458片內(nèi)集成的可尋址的通用同步/異步收發(fā)器(usart)模塊和can控制模塊可以方便地實(shí)現(xiàn)工業(yè)

37、現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通訊功能，具有很好的應(yīng)用前景，其主要功能包括：1536字節(jié)的ram；32kb的flash，其中l(wèi)kb可專用于usb緩沖區(qū)；256字節(jié)eeprom數(shù)據(jù)存儲器；10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，精確度高，配備多達(dá)13條輸入通道；兩個(gè)模擬比較器；具備16位數(shù)據(jù)捕捉和分辨率的捕捉/比較/pwm模塊；增強(qiáng)型捕捉，比較/pwm模塊，有死區(qū)控制和故障保護(hù)輸入；4個(gè)定時(shí)器(3個(gè)16位，1個(gè)8位)；可編程欠壓復(fù)位及低電壓檢測電路；增強(qiáng)型在線調(diào)試功能，最多可加入三個(gè)硬件斷點(diǎn)。本文用到的是pdip40封裝形式，如圖2.4所示：圖2.4 pdip封裝的pic18f458的引腳圖fig.2.4 pic18f458 pin p

38、dip package diagram（1）各主要引腳功能如下：電源和接地引腳osc1/clkin：為晶體振蕩器輸入/外部時(shí)鐘源輸入引腳；osc1/clkout：晶體振蕩器輸出/外部時(shí)鐘源輸出引腳。在晶體振蕩器方式下，接晶體或陶瓷振蕩器，在rc振蕩器方式，輸出l/4fose。時(shí)鐘復(fù)位引腳引腳號1為人工復(fù)位輸入(低電平有效)。i/o輸入輸出引腳rare均為輸入輸出可編程雙向端口，大部分有第二功能，少數(shù)有第三功能。（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)高達(dá)2mb的程序存儲器；高達(dá)4kb的數(shù)據(jù)存儲器；運(yùn)行速度：dc-40mhz時(shí)鐘輸入，dc-200ns指令周期；16位寬指令，8位寬數(shù)據(jù)通道；具有高性能risc c

39、pu。(3)各模塊特性timer0：帶有預(yù)分頻器的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；timerl：帶有預(yù)分頻器的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，使用外部晶體振蕩時(shí)鐘時(shí)，在sleep期間仍能工作；timer2：帶有8位周期寄存器，預(yù)分頻器和后分頻器的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；10位8信道模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；符合國際標(biāo)準(zhǔn)isocan，高達(dá)1兆的通信速率。(4)特殊的單片機(jī)特性8級深度的硬件堆棧；上電復(fù)位(p0r)；上電定時(shí)器(pwrt)和振蕩啟動定時(shí)器(ost)；看門狗定時(shí)器(wdt)，它帶有片內(nèi)可靠運(yùn)行的rc振蕩器； 可選擇的振蕩器；低功耗，高速flash/eeprom工藝；在線串行編程(icsp)；單獨(dú)5v的內(nèi)部電路串行編程

40、能力；寬范圍的工作電壓2.0v5.5v。2.2.3 i/o端口模塊根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)有的條件選用pic系列單片機(jī)的中16位risc指令集，flash程序存儲器的高級產(chǎn)品picl8f458。由于pic系列微控制器具有高度的兼容特性，所以pic18f458具有高級系列微控制器的一切特性。由于該芯片內(nèi)含32kb自編程增強(qiáng)型閃存、10位a/d轉(zhuǎn)換模塊、內(nèi)部eeprom存儲器、比較輸出、捕捉輸入、pwm輸出、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、主同步串行端口、可尋址的通用同步，異步收發(fā)器、flash程序存儲器讀寫等許多功能，因此能夠滿足需求，能實(shí)現(xiàn)路面加速加載設(shè)備系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集所需的各種功能。rare是5組通用的i/o端口，其中

41、多數(shù)管腳有第二甚至第三功能，這些多功能的外圍端口是pic單片機(jī)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的處理功能的重要基礎(chǔ)和保證。本設(shè)計(jì)主要用到rb2(cantx)、rb3(canrx)作為can總線的發(fā)送和接收端，ra0作為模擬信號輸入端，rc0rc7、rd0rd7作為并行輸出端，ra1ra3、rb4ra7作為片選輸出端。2.2.4 定時(shí)器tmr0模塊tmr0、tmr1、tmr2、tmr3是四個(gè)8位或16位定時(shí)(計(jì)數(shù))器，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中用到的tmr0作為16位寬的定時(shí)器，用作延時(shí)用。具體分析：相同點(diǎn)：它們的核心部分都是一個(gè)由時(shí)鐘觸發(fā)的、按規(guī)律遞增工作的規(guī)律循環(huán)計(jì)數(shù)器；都是從預(yù)先設(shè)定的某一初始值開始計(jì)起，累加到最大值時(shí)產(chǎn)生溢

42、出，同時(shí)會建立一個(gè)相應(yīng)的溢出標(biāo)志（即中斷溢出標(biāo)志位），編程方法也大同小異。不同點(diǎn)：tmr0是8位寬，有一個(gè)可選的預(yù)分頻器，用于通用目的：tmr1是16位寬，附帶一個(gè)可編程的預(yù)分頻器，還附帶一個(gè)可選的低頻時(shí)基振蕩器，適合與ccp模塊配合使用來實(shí)現(xiàn)輸入捕捉或輸出比較功能；tmr2為8位寬，同時(shí)附帶一個(gè)可編程的預(yù)分頻器和一個(gè)可編程的后分頻器，還附帶一個(gè)周期寄存器和比較器，適合于ccp模塊配合使用來實(shí)現(xiàn)pwm脈沖寬度調(diào)制信號的產(chǎn)生。在編寫定時(shí)器程序時(shí)，有對應(yīng)的兩種方式：一種方式是使用查詢方式，讓cpu定時(shí)tmr0寄存器寄存器的溢出標(biāo)志位，根據(jù)其狀態(tài)做出不同的響應(yīng)。如果溢出標(biāo)志被置位則代表定時(shí)時(shí)間到，相

43、反則表示定時(shí)時(shí)間未到。在程序中可以根據(jù)這個(gè)標(biāo)志做出不同的響應(yīng)。另一種方式是使用中斷。當(dāng)定時(shí)達(dá)到后中斷標(biāo)志被置位，產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)進(jìn)入中斷響應(yīng)。在定時(shí)結(jié)束后的響應(yīng)寫到中斷在程序中，即可完成特定的功能。2.2.5 a/d轉(zhuǎn)換器picl8f458具有12個(gè)通道10位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其作用是將外部的各種模擬物理量變換為便于單片機(jī)內(nèi)部處理的數(shù)字量。本設(shè)計(jì)用到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模擬輸入采集是任何數(shù)字系統(tǒng)必不可少的組成部分，是對模擬信號進(jìn)行數(shù)字信號處理的第一步，其采集精度直接影響到系統(tǒng)的精度。adc和dac這樣的模擬接口類器件常常是以獨(dú)立形態(tài)出現(xiàn)的，隨著這類器件生成技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的單片機(jī)生產(chǎn)廠家把

44、這項(xiàng)功能集成到了單片機(jī)的內(nèi)部。這類技術(shù)的廣泛應(yīng)用適應(yīng)了單片機(jī)朝著普及化、專業(yè)化、系統(tǒng)化的發(fā)展潮流。adc模塊的操作中占用的時(shí)間主要包括兩個(gè)部分：采樣/保持電容的充電時(shí)間和a/d轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換時(shí)間。在模擬輸入通道被選中和切換之后，必須在進(jìn)行轉(zhuǎn)換之前保留一段足夠的時(shí)間完成采樣。為了使adc滿足一定的精度要求，就必須讓采樣電路中的電荷保持電容有足夠的充電時(shí)間，使其近似達(dá)到被采樣的信號源電壓值。對于使用adc模塊有以下注意事項(xiàng)：（1）參考基準(zhǔn)電壓vref對于采樣時(shí)間沒有任何影響；（2）在每次轉(zhuǎn)換完畢之后，電荷保持電容并沒有放電；（3）信號源的最大阻抗建議不超過10k，以便滿足由引腳上的漏電流引起的最大

45、誤差不會超過所允許的范圍；（4）在轉(zhuǎn)換完成之后，下一次采樣重新開始之前，必須加入2tad的等待時(shí)間。2.2.6 can控制器模塊picl8f458的can模塊是本設(shè)計(jì)使用的最重要的模塊，它用來存儲和轉(zhuǎn)發(fā)can總線之間的數(shù)據(jù)，完成點(diǎn)對多can模塊之間的高速通信。pic18系列單片機(jī)中，有些型號包括有can總線功能模塊，如pic18f248、258、448等。這些型號的can控制模塊具有如下特點(diǎn)：（1）支持can1.2、can2.0a和can2.0b協(xié)議；（2）標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展的數(shù)據(jù)幀；（3）數(shù)據(jù)長度從08字節(jié)；（4）可編程位速率達(dá)每秒1兆位；（5）支持遠(yuǎn)程幀；（6）帶有2個(gè)優(yōu)先級的接收信息存儲接收緩沖

46、器；（7）6個(gè)接收過濾器，其中2個(gè)與高優(yōu)先級接收緩沖器相關(guān)，另外4個(gè)與低優(yōu)先級接收緩沖器相關(guān)；（8）2個(gè)接收屏蔽器，分別與高、低優(yōu)先級接收緩沖器相關(guān)；（9）3個(gè)可以指定優(yōu)先級，并具有中等能力的發(fā)送緩沖器；（10）具有可編程喚醒功能的集成低通過濾器；（11）支持自測試操作的可編程自檢方式；（12）當(dāng)所有can接收器及發(fā)送器出現(xiàn)錯(cuò)誤狀態(tài)時(shí)，可以發(fā)出信號以產(chǎn)生中斷；（13）具有可編程的時(shí)鐘源；（14）按時(shí)間發(fā)送和網(wǎng)絡(luò)同步的可編程定時(shí)器模塊；（15）低功耗的休眠工作方式。為了支持can總線操作，pic18系列單片機(jī)中專門為can總線增添了多個(gè)寄存器：（1）控制與狀態(tài)寄存器；（2）發(fā)送緩沖寄存器；（3）

47、接收緩沖寄存器；（4）波特率控制寄存器；（5）i/o控制寄存器；（6）中斷狀態(tài)與控制寄存器。pic18系列單片機(jī)中，can模塊工作方式有初始化方式、正常方式、關(guān)閉方式、監(jiān)聽方式、自檢方式和錯(cuò)誤識別方式6種。除了錯(cuò)誤識別方式用配置接收緩沖器的rxm位來實(shí)現(xiàn)外，其余各種方式都是通過設(shè)置cancon寄存器的第5第7位reqop2：opmode0對所選的工作方式作出應(yīng)答。初始化方式：使用can模塊之前必須初始化。在初始化方式下，模塊不能進(jìn)行發(fā)送和接收，同時(shí)，錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器被清0，中斷標(biāo)志保持不變。此時(shí)可以訪問在其他方式下受限制的配置寄存器。關(guān)閉方式：cancon寄存器的reqop2：reqop0位配置為0

48、01，模擬將進(jìn)入關(guān)閉方式，此時(shí)會使模塊的內(nèi)部時(shí)鐘停止，除非模塊被激活，如果模塊被激活，模塊經(jīng)等待can總線上的11個(gè)隱性位，檢測總線空閑的條件，然后接受模塊關(guān)閉命令。在關(guān)閉方式下，模塊同懸掛的中斷將保留，出錯(cuò)計(jì)數(shù)器也將保留原來的值，wakie位被置為1，則無論何時(shí)當(dāng)can總線檢測到幀開始（sof）時(shí)，處理器都會接收一個(gè)中斷。另外，當(dāng)模塊處于關(guān)閉方式時(shí)，模塊被禁止，輸入/輸出引腳將被用作一般的輸入/輸出功能。正常方式：cancon寄存器的reqop2：reqop0=000，模塊進(jìn)入正常工作方式。此時(shí)，模塊被激活，i/o應(yīng)繳用作can總線功能，模塊將發(fā)送和接收can總線上的信息。監(jiān)聽方式：監(jiān)聽方式

49、和自檢方式是正常方式的一種特殊情況，它提供了所有接收信息，包括錯(cuò)誤信息的方法，往往用在系統(tǒng)卡法測試過程中。監(jiān)聽方式也可以用來測試can總線的波特率。為此，必須至少有兩個(gè)相互聯(lián)系的節(jié)點(diǎn)存在，以便能相互通信。自檢方式：如果激活自檢方式，模塊將不發(fā)送信息到can總線，而使把內(nèi)部的發(fā)送信息界面聯(lián)接到接收信號界面，信息在內(nèi)部進(jìn)行發(fā)送和接收。這種方式也可以用在系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試中。錯(cuò)誤識別方式：can模塊能夠被配置為忽略所有錯(cuò)誤、接收任何信息的方式。錯(cuò)誤識別方式是通過把rxbncon寄存器的rxm1:rxm0位設(shè)置成11來激活的。在這種方式下，包括有效息和無效息的所有信息都被接收并復(fù)制到接收緩沖器中。2.3

50、 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集是數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的部分，同時(shí)也是單片機(jī)系統(tǒng)的重要功能之一。數(shù)字系統(tǒng)只能處理數(shù)字信號，而且輸出的也是數(shù)字信號。在工業(yè)領(lǐng)域中的許多物理量都是連續(xù)變化的模擬量，這些物理量必須通過傳感器將其變換成與之對應(yīng)的連續(xù)變化的電壓或電流等，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換才能被數(shù)字系統(tǒng)處理。2.3.1 溫度數(shù)據(jù)的采集本課題所做的數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)中的加速加載設(shè)備采集試驗(yàn)路段路面溫度和設(shè)備工作環(huán)境溫度的設(shè)計(jì)思路基本相同，都是應(yīng)用目前市場上常用的一種傳感器lm35，選取不同的封裝形式。這種傳感器使用簡單、價(jià)格低廉而且性能穩(wěn)定，它直接將溫度值轉(zhuǎn)換為電壓值輸出。用戶可以根據(jù)需要選擇不同的lm35的封裝形式。本課題選用

51、ro-46金屬封裝和塑料封裝形式，lm35直接將溫度轉(zhuǎn)換為電壓輸出。硬件電路原理圖如圖2.5所示：圖2.5溫度采集硬件電路fig.2.5 temperature acquisition hardwarelm35的主要技術(shù)指標(biāo)如下：比例因子：10mv/；精 度：0.5；測量范圍：-55150；工作電壓：430v；非線性度：0.25。在溫度數(shù)據(jù)采集過程中，采集一路pic18f458單片機(jī)上的片上adc模塊采集lm35輸出的電壓值。這里選用an0即ra0引腳對輸入模擬信號進(jìn)行信號采集。由于溫度信號屬于緩變信號，信號的變化慢，因此，pic單片機(jī)的a/d可以滿足采樣率的要求。單片機(jī)復(fù)位后，每隔一段時(shí)間對

52、lm35的電壓輸出端采樣一次, 上電復(fù)位電路和時(shí)鐘電路如圖2.6所示：圖2.6上電復(fù)位電路和時(shí)鐘電路fig.2.6 power-on reset circuit and clock circuit2.3.2 壓力數(shù)據(jù)的采集本小節(jié)為路面加速加載設(shè)備對試驗(yàn)路段路面所加壓力數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)，采用ns-w型無腔壓力傳感器如圖2.7所示： 圖2.7 ns-w型無腔壓力傳感器fig. 2.6 ns-w-type without cavity pressure sensorns-w型無腔壓力傳感器技術(shù)參數(shù)如下：壓力范圍：00.5kpa 10kpa 100kpa 10mpa 30mpa 60mpa；過載能力：2

53、倍；測量介質(zhì)：對不銹鋼不腐蝕的氣、液體；工作方式：絕壓、表壓、差壓；工作電壓：10vdc(24v)；輸 出：100mv或05v、420ma。2.4 數(shù)據(jù)的顯示輸出本系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示輸出對pic18f458單片機(jī)功能引腳除復(fù)位引腳、時(shí)鐘引腳外都進(jìn)行了合理地配置。把rb3、rb2設(shè)置為can總線接口，將rc、rd各8位的引腳作為數(shù)據(jù)輸出接口與74ls373連接，ra1ra3引腳作為路面加速加載設(shè)備對試驗(yàn)路段路面所加壓力數(shù)據(jù)顯示輸出端rc引腳的片選與74ls373片選引腳相連，rb4rb7引腳作為路面加速加載設(shè)備工作環(huán)境溫度和試驗(yàn)路面溫度數(shù)據(jù)顯示輸出端rd引腳的片選與74ls373片選引腳相連。pic1

54、8f458單片機(jī)引腳配置如表2.1所示：表2.1引腳配置tab.2.1 pin configuration符號引腳說明vdd vss11 32 12 31電源 接地osc1/clkin osc1/clkout13 14時(shí)鐘電路引腳canrx cantx36 35can總線引腳rc rd15-18和23-26 19-22和27-30并行數(shù)據(jù)輸出ra1-3 rb4-73-4 37-40片選信號在主節(jié)點(diǎn)中，pic18f458單片機(jī)和有8個(gè)d鎖存器組成的集成芯片74ls373實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管動態(tài)顯示測量加速加載設(shè)備所需的溫度、壓力數(shù)據(jù)。本課題采用共陰極接法的接口電路如圖2.8所示：圖2.8主節(jié)點(diǎn)顯示電路fig.2.8 shows the main circuit node2.5 can通訊硬件電路設(shè)計(jì)2.5.l 硬件系統(tǒng)組成原理及通信過程所謂對等式通信，就是單片機(jī)多機(jī)系統(tǒng)中任一節(jié)點(diǎn)均可主動地與其它節(jié)點(diǎn)直接交換數(shù)據(jù)，而無須經(jīng)過第三方。由于can為多主方式工作，因此網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。從此角度出發(fā)，我們設(shè)計(jì)的基于內(nèi)嵌can控制器的單片機(jī)多機(jī)系統(tǒng)的組成如圖2.9所示。系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)由內(nèi)嵌can控制器的單片機(jī)和can控制器組成。單片機(jī)主要用于系統(tǒng)的計(jì)算及信息處理等功能：內(nèi)嵌ca